PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
Cristiane Silva Rocha Damasceno
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D e
Análises de Estabilidade 2D dos Taludes da
Mina de Morro da Mina, Conselheiro
Lafaiete, MG, Brasil
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Rio de Janeiro, fevereiro de 2008
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
Cristiane Silva Rocha Damasceno
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D e Análises de
Estabilidade 2D dos Taludes da Mina de Morro da Mina,
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
Conselheiro Lafaiete, MG, Brasil
Dissertação de Mestrado
Dissertação apresentada como requisito parcial
para obtenção do título de Mestre pelo Programa de
Pós-Graduação em Engenharia Civil da PUC-Rio.
Orientador: Sérgio Augusto Barreto da Fontoura
Rio de Janeiro
Fevereiro de 2008
Cristiane Silva Rocha Damasceno
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D e Análises de
Estabilidade 2D dos Taludes da Mina de Morro da Mina,
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
Conselheiro Lafaiete, MG, Brasil
Dissertação apresentada como requisito parcial para
obtenção do título de Mestre pelo Programa de PósGraduação em Engenharia Civil da PUC-Rio. Aprovada
pela Comissão Examinadora abaixo assinada.
Prof. Sérgio Augusto Barreto da Fontoura
Orientador
Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio
Prof. Alberto de Sampaio Ferraz Jardim Sayão
Departamento de Engenharia Civil – PUC-Rio
Prof. Ana Cristina Castro Fontenla Sieira
Departamento de Estruturas e Fundações – UERJ
Prof. José Eugênio Leal
Coordenador Setorial do Centro
Técnico Científico – PUC-Rio
Rio de Janeiro, 26 de fevereiro de 2008
Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução
total ou parcial do trabalho sem autorização da
universidade, da autora e do orientador.
Cristiane Silva Rocha Damasceno
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
Graduou-se em Engenharia Civil – ênfase em Estruturas,
na UERJ (Universidade do Estado do Rio de Janeiro) em
2005/1. Presta serviço voluntário de caráter filantrópico,
atuando como responsável técnica pela execução de
furos de sondagens, para dimensionamento de estrutura
e construção de Salões do Reino das Testemunhas de
Jeová.
Ficha Catalográfica
Damasceno, Cristiane Silva Rocha
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D e Análises de
Estabilidade 2D dos Taludes da Mina de Morro da Mina,
Conselheiro Lafaiete, MG, Brasil / Cristiane Silva Rocha
Damasceno; orientador: Sérgio Augusto Barreto da
Fontoura. – 2008.
165 f.: il.; 30 cm
Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Pontifícia
Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro,
2008.
Inclui bibliografia.
1. Engenharia civil – Teses. 2. Minas a céu aberto. 3.
Modelagem. 4. Geoestatística. 5. Análises de
estabilidade. I. Fontoura, Sérgio Augusto Barreto da. II.
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. III.
Departamento de Engenharia Civil. IV. Título.
CDD 624
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
Ao meu Soberano Altíssimo Senhor Jeová, pois
“Digno és, Jeová, sim, meu Deus, de receber a glória, e a
honra, e o poder, porque criaste todas as coisas e porque elas
existiram e foram criadas por tua vontade” (Revelação/Apocalipse 4:11).
Agradecimentos
Ao meu amado Deus Jeová por ter permitido que eu chegasse até aqui em
minha vida, por ter cuidado de mim, e ter me guiado por bons caminhos ao longo
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
deste curso que concluo agora, e ao longo da minha vida, pois “desde o ventre
de minha mãe tens sido meu Deus” (Sal 22:10).
Ainda ao meu Soberano Deus, pela ajuda recebida através dos meus queridos
pais e irmãos na fé; através das inúmeras pessoas maravilhosas que conheci na
Universidade da qual sou originária – UERJ, e na Universidade onde me
encontro agora – PUC-Rio, sendo que nesta a lista vai desde o pessoal da “Van
dos Funcionários da PUC” até o pessoal do GTEP, passando pelo pessoal e
professores do Departamento de Engenharia Civil; e por meio das instituições
CAPES, VALE, na pessoa de Paulo R. Franca, Schlumberger, Rocscience, e do
próprio GTEP, na pessoa do meu estimado orientador Sérgio A. B. da Fontoura,
que sem as quais este trabalho não poderia ter sido realizado, e principalmente,
pelo privilégio de ter levado o nome Dele a pessoas que nunca ouviram falar
sobre ele, pois conforme está escrito: “como ouvirão, se não houver quem
pregue?” (Ro 10:14).
Resumo
Damasceno, Cristiane Silva Rocha; Fontoura, Sérgio Augusto Barreto da.
(Orientador) Modelagem Geológica e Geomecânica 3D e Análises de
Estabilidade 2D dos Taludes da Mina de Morro da Mina, Conselheiro
Lafaiete, MG, Brasil. Rio de Janeiro, 2008. 165 p. Dissertação de
Mestrado – Departamento de Engenharia Civil, Pontifícia Universidade
Católica do Rio de Janeiro.
O trabalho propõe uma metodologia para elaboração de modelos
geológicos e geomecânicos (3D) e realização de análises de estabilidade (2D)
de taludes rochosos de minas a céu aberto, com base nos dados da mina de
Morro da Mina, fornecidos pela empresa VALE, a qual esta pertence. A
metodologia está dividida em duas etapas: modelagem e análises de
estabilidade. Para a modelagem, foi utilizado o software Petrel 2004, que oferece
ferramentas geoestatísticas, possibilitando a extrapolação das informações
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
geotécnicas pontuais c’, φ’, RQD, Q e RMR, obtidas por meio de testemunhos de
sondagem, para o maciço inteiro. Utilizou-se a técnica de Krigagem Ordinária. O
modelo gerado representou bem a distribuição destas propriedades no espaço.
Na etapa de análise de estabilidade, foram utilizadas seções resultantes da
modelagem geomecânica. Dois tipos de análises foram realizados: análises
cinemáticas, com utilização do software Dips, da Rocscience, e análises por
equilíbrio limite dos taludes globais e das bancadas, utilizando-se o software
Slide 5.0, também da Rocscience. No primeiro tipo, realizado com dois conjuntos
de mapeamentos diferentes, foi constatado que as bancadas devem receber
bastante atenção nesta mina, e no segundo tipo, foi verificada a segurança
quanto à ruptura circular das bancadas e taludes globais, porém recentemente
ocorreu uma ruptura em um dos locais analisados. Os programas RocData 4.0 e
RocProp, ambos da Rocscience, foram utilizados para estimar os parâmetros de
resistência de Mohr-Coulomb, e os softwares AutoCAD 2004 e Microsoft Office
Excel auxiliaram na preparação dos arquivos de entrada no Petrel 2004 e no
Slide 5.0.
Palavras-chave
Minas a Céu Aberto; Modelagem; Geoestatística; Análises de Estabilidade.
Abstract
Damasceno, Cristiane Silva Rocha; Fontoura, Sérgio Augusto Barreto da.
(Advisor) Geological and Geomechanics Modelling 3D and Stability
Analyses 2D of The Slopes of the Morro da Mina Mine, Conselheiro
Lafaiete, MG, Brazil. Rio de Janeiro, 2008. 165 p. MSc. Thesis –
Department of Civil Engineering, Pontifícia Universidade Católica do Rio de
Janeiro.
This work presents a methodology to develop geological and geomechanic
models (3D) and to carry out stability analyses (2D) of rock slopes of open pit
mine, based on data of Morro da Mina mine, provided by the mining company
VALE. The methodology is divided in two stages: modelling and stability
analyses. For the modelling, the software Petrel 2004, which allows the use of
geostatistical tools, was used, being possible the spatial distribution of
geotechnical information, obtained from borehole cores, for the whole rock mass.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
The technique of Ordinary Kriging was used. The modeled properties were the
following: c’, φ’, RQD, Q e RMR. The generated model represented well the
spatial distribution of these properties. The stability analyses were carried out
using 2D sections and the necessary rock mass parameters were obtained from
the geomechanical model. Two types of analyses were carried out: kinematic
analyses, with use of the software Dips, from Rocscience, and limit equilibrium
analyses of the global slopes and the benches, where the software Slide 5.0, also
from Rocscience was used. The Kinematic analyses, carried out considering two
sets of joint orientations, suggested that the benches have to receive enough
attention in this mine, and the limit equilibrium analyses for circular failure of the
benches and global slopes indicated high factors of safety. However, before this
work initiating a failure already had happened in one of the sections analyzed.
The programs RocData 4.0 and RocProp, both from Rocscience, were used to
estimate the Mohr-Coulomb strength parameters, and the programs AutoCAD
2004 and Microsoft Office Excel helped at the development of the input files in
the Petrel 2004 and Slide 5.0.
Keywords
Open Pit Mines; Modelling; Geostatistics; Stability Analyses.
Sumário
1 Introdução
20
1.1. Motivação
20
1.2. Objetivo
21
1.3. Escopo
22
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
2 Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu
Aberto
24
2.1. Considerações sobre Minas a Céu Aberto
24
2.2. Condicionantes dos Taludes de Minas
25
2.2.1. A Geometria
25
2.2.2. A Geologia Local
27
2.2.3. A Água Subterrânea
29
2.2.4. O Estado de Tensão nos Taludes
30
2.3. Caracterização Geomecânica de Taludes Rochosos
32
2.4. Propriedades de Resistência
34
2.4.1. Resistência das Rochas Intactas
34
2.4.2. Resistência das Descontinuidades
35
2.4.3. Resistência de Maciços Rochosos
36
2.5. Sistemas de Classificação de Maciços Rochosos
42
2.6. Modelagem Geológica e Geomecânica de Maciços Rochosos
45
2.7. Estabilidade de Taludes
48
3 Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
52
3.1. Mina de Morro da Mina
52
3.2. Geologia da Área
54
3.2.1. Litotipos da Cava
58
3.2.2. Feições Estruturais
60
3.2.2.1. Bandamento Composicional S0
61
3.2.2.2. Xistosidade Sn
61
3.2.2.3. Clivagem de Crenulação Sn+1
62
3.2.2.4. Foliação Milonítica Sm em Zonas de Cisalhamento
63
3.2.2.5. Falhas/Fraturas
64
3.2.2.6. Eixos de Boudin δn
66
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
3.2.2.7. Eixos de Dobras βn
66
3.3. Modelagem Geomecânica e Hidrogeológica da Mina
67
3.3.1. Investigações Geotécnicas da Área da Cava
67
3.3.2. Setorização Geomecânica do Maciço da Cava
70
3.3.3. Parâmetros Geomecânicos
71
3.3.3.1. Caracterização
71
3.3.3.2. Resistência
74
3.3.4. Ocorrência de Intemperismo
78
3.3.5. Investigações Hidrogeológicas da Área da Cava
79
3.3.5.1. Inventário dos Pontos D'Água
79
3.3.5.2. Análise Hidroquímica
80
3.3.5.3. Sistemas Aqüíferos
81
3.3.6. Parâmetros Hidrodinâmicos
82
3.3.7. Modelo Geomecânico Existente
84
3.3.8. Modelo Hidrogeológico Existente
84
4 Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina Utilizando o Software
Petrel 2004
86
4.1. Metodologia
86
4.2. Considerações sobre o Software Petrel
86
4.3. Análise dos Dados Recebidos
88
4.4. Material Utilizado na Modelagem
88
4.5. Arquivos de Entrada
89
4.6. Modelo Geométrico 3D da Mina
90
4.7. Upscaling dos Dados
92
4.8. Modelo Geológico 3D da Mina
93
4.8.1. Análise Crítica dos Resultados
98
4.9. Análise Geoestatística e Modelagem Geomecânica 3D da Mina
99
4.9.1. Análise Estatística
99
4.9.2. Análise Estrutural
102
4.9.3. Análise Crítica dos Resultados
108
4.9.4. Krigagem e Modelo Geomecânico 3D da Mina de Morro da Mina
109
4.9.5. Análise Crítica dos Resultados
115
5 Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
117
5.1. Mecanismos Potenciais de Ruptura
117
5.1.1. Estudo das Descontinuidades Preocupantes
117
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
5.1.2. Orientação dos Taludes em Relação às Descontinuidades
123
5.2. Análises de Estabilidade Cinemáticas
124
5.2.1. Análise Crítica dos Resultados
130
5.3. Análises de Estabilidade por Equilíbrio Limite de Seções Típicas
131
5.3.1. Análise Crítica dos Resultados
141
6 Conclusões e Sugestões
144
6.1. Conclusões
144
6.2. Sugestões
147
Referências Bibliográficas
149
Anexos
157
Lista de Figuras
Figura 2.1 – Esquema de uma mina com seus elementos (Abrão & Oliveira,
2004)
26
Figura 2.2 – Parâmetros que definem a geometria de uma mina a céu aberto 26
Figura 2.3 – Superfície de ruptura complexa, governada pelas descontinuidades
menores e maiores, e as pontes de rocha (Hoek et al., 2000, modificada por Zea
& Celestino, 2004)
29
Figura 2.4 – Resistência à Compressão Uniaxial e Classes de Alteração (Vaz,
1996)
34
Figura 2.5 – Estimativa de GSI para maciços rochosos fraturados (Marinos et al.,
2005)
39
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
Figura 2.6 – Estimativa de GSI para maciços rochosos heterogêneos (Flysch)
(Marinos et al., 2005)
40
Figura 3.1 – Localização da Mina Morro da Mina e todo seu complexo (VALE,
2006)
53
Figura 3.2 – Produtos da mina (VALE, 2006). Figura a: LG13 – Minério de
Manganês Carbonatado Granulado (entre 6,30mm e 75,00mm); Figura b: LF01 –
Minério de Manganês Carbonatado Fino (6,30mm)
53
Figura 3.3 – Cenário deposicional originador dos corpos de manganês
(Geoexplore, 2005)
55
Figura 3.4 – Contato tectônico do minério de manganês sílico-carbonatado com
granitóide, envolvido por um dobramento isoclinal assimétrico, em zona de
cisalhamento com biotita xisto carbonoso (Geoexplore, 2005)
57
Figura 3.5 – Diagrama estrutural de pólos de S0 dos Setores da mina
(Geoexplore, 2005)
61
Figura 3.6 – Diagrama estrutural de pólos de Sn dos Setores da mina
(Geoexplore, 2005)
62
Figura 3.7 – Exemplos de Clivagem de Crenulação. Figura a: clivagem de
crenulação observada na zona de charneira de uma dobra maior (as dobras nos
microlitons são simétricas); Figura b: clivagem de crenulação observada num
flanco de uma dobra maior (as microdobras são assimétricas)
63
Figura 3.8 – Zona de Cisalhamento em biotita-feldspato-quartzo xisto, com
porfiroblastos estirados e sombras de pressão em sua cauda
(Geoexplore, 2005)
64
Figura 3.9 – Estilo de falhamento oblíquo em Zona de Cisalhamento, no biotita
xisto grafitoso (Geoexplore, 2005)
65
Figura 3.10 – Diagramas estruturais de planos de falhas para os setores da mina
(Geoexplore, 2005)
65
Figura 3.11 – Exemplo de slickenside. O bloco que assenta sobre a superfície
observada deslocou-se da esquerda para a direita, relativamente ao bloco
inferior. A seta indica o sentido do bloco de cima
65
Figura 3.12 – Exemplos de Boudin. À esquerda: exemplo geral de boudin. À
direita: Formas de boudinage em biotita xisto grafitoso – Mina de Morro da Mina
(Geoexplore, 2005)
66
Figura 3.13 – Em planta, dobramento isoclinal simétrico com eixos verticalizados
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
(Geoexplore, 2005)
67
Figura 3.14 – Posição dos 39 furos de sondagem efetivamente usados, em
relação à mina
69
Figura 3.15 – Setorizações da mina: Geoexplore (2005) – Setores I, II e III; SBC
(2001) – Setores SW1, SW2, NW e NE
71
Figura 3.16 – Visualização dos taludes da cava com as direções cardeais e
colaterais aproximadas (Vale, 2006)
78
Figura 3.17 – Visualização dos taludes da cava com as direções colaterais
aproximadas (Vale, 2006)
79
Figura 3.18 – Visualização da posição das nascentes na cava da mina
80
Figura 4.1 – Geometria da Cava da mina de Morro da Mina
90
Figura 4.2 – Visualização das posições das bocas dos furos e suas trajetórias –
vista de cima da cava
91
Figura 4.3 – Visualização espacial das trajetórias dos furos de sondagens
91
Figura 4.4 – Informações ao longo dos furos de sondagens – RQD
92
Figura 4.5 – Upscaling RQD
93
Figura 4.6 – Seqüência de furos de sondagem e Well Tops
94
Figura 4.7 – Horizons intermediários – vista do Sul
97
Figura 4.8 – Horizons intermediários – vista do Nordeste
98
Figura 4.9 – Transformação 1D Trend para a variável Q, Zona 3,
representando o ajuste mais difícil desta transformação – FC = 0,148759
100
Figura 4.10 – Transformação 1D Trend para a variável RQD, Zona 1,
representando o melhor ajuste desta transformação – FC = 0,70704
100
Figura 4.11 – Transformação Normal Score para a variável Q, Zona 1,
representando o ajuste mais difícil desta transformação – Min = -1,592,
Max = 6,69, σ = 0,99986
101
Figura 4.12 – Transformação Normal Score para a variável RMR, Zona 1,
representando o melhor ajuste desta transformação – Min = -3,262,
Max = 3,484, σ = 0,99986
102
Figura 4.13 – Semivariograma representando um mau ajuste para a Major
Direction, variável RQD, Zona 1 – Sill = 0,785
103
Figura 4.14 – Semivariograma representando um bom ajuste para a Major
Direction, variável C, Zona 1 – Sill = 1
104
Figura 4.15 – Semivariograma representando um mau ajuste para a Minor
Direction, variável RQD, Zona 3 – Sill = 0,724
104
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
Figura 4.16 – Semivariograma representando um bom ajuste para a Minor
Direction, variável RMR, Zona 1 – Sill = 1
105
Figura 4.17 – Semivariograma representando um mau ajuste para a Vertical
Direction, variável RQD, Zona 3 – Sill = 0,785
105
Figura 4.18 – Semivariograma representando um bom ajuste para a Vertical
Direction, variável PHI, Zona 3 – Sill = 1
106
Figura 4.19 – Modelo Geomecânico 3D da mina de Morro da Mina – RQD –
vista de cima da cava
110
Figura 4.20 – Demais vistas e cortes da mina – RQD
110
Figura 4.21 – Modelo Geomecânico 3D da mina de Morro da Mina – Q –
vista de cima da cava
111
Figura 4.22 – Demais vistas e cortes da mina – Q
111
Figura 4.23 – Modelo Geomecânico 3D da mina de Morro da Mina – RMR –
vista de cima da cava
112
Figura 4.24 – Demais vistas e cortes da mina – RMR
112
Figura 4.25 – Modelo Geomecânico 3D da mina de Morro da Mina – c’ (MPa) –
vista de cima da cava
113
Figura 4.26 – Demais vistas e cortes da mina – c’ (MPa)
113
Figura 4.27 – Modelo Geomecânico 3D da mina de Morro da Mina – φ’ (°) –
vista de cima da cava
114
Figura 4.28 – Demais vistas e cortes da mina – φ’ (°)
114
Figura 5.1 – Comparações entre os resultados dos mapeamentos de foliações
da Geoexplore (2005) e SBC (2001)
118
Figura 5.2 – Comparações entre os resultados dos mapeamentos de
falhas/fraturas da Geoexplore (2005) e SBC (2001)
118
Figura 5.3 – Comparação entre os estereogramas das atitudes das
descontinuidades levantadas nos mapas da SBC (2001) e Geoexplore (2005) –
Setor SW1
119
Figura 5.4 – Comparação entre os estereogramas das atitudes das
descontinuidades levantadas nos mapas da SBC (2001) e Geoexplore (2005) –
Setor SW2
120
Figura 5.5 – Comparação entre os estereogramas das atitudes das
descontinuidades levantadas nos mapas da SBC (2001) e Geoexplore (2005) –
Setor NW
121
Figura 5.6 – Comparação entre os estereogramas das atitudes das
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
descontinuidades levantadas nos mapas da SBC (2001) e Geoexplore (2005) –
Setor NE
122
Figura 5.7 – Resultados das análises cinemáticas – Ruptura Planar
125
Figura 5.8 – Resultados das análises cinemáticas – Ruptura Planar e Cunha 126
Figura 5.9 – Resultados das análises cinemáticas – Ruptura em Cunha
127
Figura 5.10 – Resultados das análises cinemáticas – Ruptura por Tombamento –
SW1, SW2
128
Figura 5.11 – Resultados das análises cinemáticas – Ruptura por Tombamento –
NW, NE
129
Figura 5.12 – Setores da cava com seus respectivos tipos de ruptura possíveis
de ocorrer
130
Figura 5.13 – Representação da localização das seções escolhidas para as
análises de estabilidade
133
Figura 5.14 – Utilização dos parâmetros de resistência obtidos do Petrel 2004 no
programa Slide 5.0
134
Figura 5.15 – Idealização das camadas de material no programa Slide 5.0, a
partir dos resultados obtidos do programa Petrel 2004, para a propriedade φ’ 136
Figura 5.16 – Correlação entre os valores de φ’ (°) e γ (MN/m³) assumidos para
as rochas da mina de Morro da Mina
136
Figura 5.17 – Esquema ilustrativo das etapas de definição de γ para as camadas
de material no programa Slide 5.0
137
Figura 5.18 – Resultados das análises de estabilidade para a Seção SW1
138
Figura 5.19 – Resultados das análises de estabilidade para a Seção SW2
139
Figura 5.20 – Resultados das análises de estabilidade para a Seção NW
140
Figura 5.21 – Visualização dos resultados do Upscaling e da interpolação por
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
Krigagem da propriedade c’
142
Lista de Tabelas
Tabela 2.1 – Métodos de Análise de Estabilidade por Equilíbrio Limite (De
Campos, 1985)
50
Tabela 3.1 – Principais elementos estruturais presentes na mina
60
Tabela 3.2 – Resumo das sondagens rotativas
69
Tabela 3.3 – Setorização adotada em 2000 pela SBC (SBC, 2001)
70
Tabela 3.4 – Correlação entre os Graus de Resistência, Consistência, e
Alteração (baseado em SBC (2004))
73
Tabela 3.5 – Parâmetros de Resistência estimados por SBC (2001)
74
Tabela 3.6 – Correlações para adoção do valor de GSI
75
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
Tabela 3.7 – Parâmetros de Resistência para as principais litologias da Mina 76
Tabela 3.8 – Coordenadas, cotas e vazões das nascentes da cava da mina
80
Tabela 3.9 – Parâmetros físico-químicos das nascentes da cava da mina
80
Tabela 3.10 – Parâmetros obtidos da interpretação do ensaio de bombeamento
(T – Transmissividade, b – espessura saturada do meio, K – Condutividade
Hidráulica, S – Coeficiente de Armazenamento) (MDGEO, 2001)
83
Tabela 4.1 – Tabela resumo dos ajustes dos semivariogramas para a Zona 1 106
Tabela 4.2 – Tabela resumo dos ajustes dos semivariogramas para a Zona 2 107
Tabela 4.3 – Tabela resumo dos ajustes dos semivariogramas para a Zona 3 107
Tabela 5.1 – Resultados esperados de acordo com a gênese das estruturas
presentes na cava da mina de Morro da Mina
123
Tabela 5.2 – Dados para análise de estabilidade cinemática
124
Tabela 5.3 – Resumo dos resultados das análises cinemáticas
130
Tabela 5.4 – Resumo dos casos estudados
137
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
Lista de Símbolos
a
Constante Dependente das Características do Maciço Rochoso
b
Largura da Bancada
c
Coesão
c’
Coesão Efetiva
D
Fator de Perturbação do Maciço Rochoso
Eh
Potencial de Oxirredução
Em
Módulo de Deformação do Maciço Rochoso
FS
Fator de Segurança
H
Altura do Talude
hB
Altura da Bancada
hR
Altura Máxima da Inter-Rampa
hO
Altura Máxima Global
JCS
Resistência à Compressão da Parede da Junta
JRC
Coeficiente de Rugosidade da Junta
K
mb
MR
Condutividade Hidráulica
Valor Reduzido da Constante Petrográfica mi de Hoek-Brown para o
Maciço Rochoso
Índice de Módulo
pH
Potencial Hidrogeniônico
r
Largura da Rampa
s
Constante Dependente das Características do Maciço Rochoso
S
Coeficiente de Armazenamento
T
Transmissividade
αB
Inclinação da Face da Bancada
αR
Ângulo de Inter-Rampa
αO
Ângulo Global
γ
Peso Específico da Rocha do Maciço
σ
Desvio Padrão
σc
σci
σ’cm
Resistência à Compressão Uniaxial do Maciço Rochoso
Resistência à Compressão Uniaxial (ou Simples) da Amostra de
Rocha Intacta
Resistência à Compressão Global do Maciço Rochoso
σ’1
Tensão Principal Maior Efetiva
σ’3
Tensão Principal Menor Efetiva
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
σ’3max
Tensão Principal Menor Máxima Efetiva
σn
Tensão Normal Efetiva
σt
Resistência à Tração do Maciço Rochoso
τ
Resistência ao Cisalhamento
τf
Resistência ao Cisalhamento
φ
Ângulo de Atrito da Descontinuidade, ou da Rocha
φ’
Ângulo de Atrito Efetivo
φj
Ângulo de Atrito da Descontinuidade
φr
Ângulo de atrito Residual da Descontinuidade
ABGE
ABMS
B
Associação Brasileira de Geologia de Engenharia
Associação Brasileira de Mecânica dos Solos e Engenharia
Geotécnica
Bancada
FC
Fator de Correlação
Geo
Geoexplore Consultoria e Serviços Ltda.
GSI
Geological Strength Index para o Maciço Rochoso
GTEP
Grupo de Tecnologia em Engenharia de Petróleo
ISRM
International Society for Rock Mechanics
KB
Kelly Bushing
MD
Measured Depth
NA
Nível d’Água, ou Nascente
PGTM
Projeto Geotécnico de Taludes de Mineração
Q
Quality
RDM
Rio Doce Manganês
RMR
Rock Mass Rating
RQD
Rock Quality Designation
SBC
Sérgio Brito Consultoria Ltda.
SMM
Sociedade Mineira de Mineração Ltda.
TG
Talude Global
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CB
“Sabedoria é a coisa principal. Adquire sabedoria;
e com tudo o que adquirires, adquire compreensão”,
“porque melhor é a sabedoria do que os corais, e mesmo
todos os outros agrados não se podem igualar a ela” (Pr 4:7; 8:11).
1
Introdução
A vida de uma exploração mineira é composta por um conjunto de
atividades que se podem resumir em: pesquisa para localização do minério;
prospecção para determinação da extensão e valor do minério localizado;
estimativa dos recursos em termos de extensão e teor do depósito;
planejamento, para avaliação da parte do depósito economicamente extraível;
estudo de viabilidade para avaliação global do projeto e tomada de decisão entre
iniciar ou abandonar a exploração do depósito; desenvolvimento de acessos ao
depósito que se vai explorar; exploração, com vista à extração de minério em
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
grande escala; e recuperação da zona afetada pela exploração de forma a
possibilitar o uso futuro.
Nota-se que entre a pesquisa pelo minério e o início da exploração podem
decorrer vários anos ou mesmo décadas, sendo os investimentos necessários
nesta fase muito elevados (podendo ser da ordem das centenas de milhões de
dólares) e o seu retorno não assegurado, o que ilustra bem o risco associado a
esta atividade.
Logo, espera-se que as atividades em uma mina se encerrem devido ao
esgotamento mineral, ou ao fato da exploração ter se tornado economicamente
inviável, e não devido a ocorrência de rupturas de grande porte.
1.1.
Motivação
Nos empreendimentos de minas a céu aberto com taludes e ângulos de
inclinação elevados torna-se relevante a seguinte questão: como retirar o minério
do fundo da cava, aproveitando-se efetivamente a mina, sem nenhum dos
taludes de elevada altura sofrer ruptura global?
Em taludes deste tipo, esta forma de ruptura deve ser evitada ou
contornada, pois envolve deslocamento de elevadas quantidades de material,
sendo muitas vezes desastrosas, ocasionando até mesmo a finalização
precipitada das atividades de exploração naquela mina.
Introdução
21
Sjöberg (1996) apresenta diversos casos de minas a céu aberto, ao redor
do mundo, que tiveram suas atividades interrompidas antes do tempo previsto,
devido à ocorrência deste tipo de ruptura. Incidentes desta magnitude já foram
registrados no Brasil, citando-se como exemplos a Mina de Cauê, e a Mina de
Águas Claras (Galbiatti, 2006; Rojas, 1995).
Atualmente um dos interesses das grandes empresas é estabelecer
alternativas de fluxo de trabalho para cada uma das etapas do empreendimento
de minas a céu aberto, de modo a garantir a estabilidade dos taludes globais.
Assim, torna-se clara a importância de se criar uma metodologia “dinâmica”, que
possa ser utilizada durante toda a vida útil da mina, e que abranja a modelagem
de maciços rochosos, a distribuição espacial dos parâmetros de resistência de
Mohr-Coulomb, e as análises de estabilidade.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
1.2.
Objetivo
Um dos elementos do projeto geotécnico de minas a céu aberto é a
elaboração de um modelo geológico e geomecânico da região da cava, com a
finalidade de auxiliar nas análises de estabilidade. Para isto, o maciço rochoso
precisa ser muito bem estudado e compreendido, assim, os modelos criados
devem representar o maciço onde a cava está inserida da forma mais fidedigna
possível, entretanto, estes são gerados muitas vezes com base em decisões
subjetivas da parte do geotécnico.
Neste contexto, o presente trabalho propõe uma metodologia para
elaboração de modelos geológicos e geomecânicos (3D) e realização de
análises de estabilidade (2D) de taludes rochosos de minas a céu aberto, com
base nos dados da mina de Morro da Mina, fornecidos pela empresa VALE, à
qual esta pertence.
Na etapa de modelagem, foi utilizado o software Petrel 2004, que oferece
ferramentas geoestatísticas, possibilitando a extrapolação de informações
geotécnicas pontuais, obtidas por meio de testemunhos de sondagem, para o
maciço inteiro. Utilizou-se a técnica de Krigagem Ordinária. As propriedades
modeladas foram as seguintes:
• c’ (coesão efetiva) e φ’ (ângulo de atrito efetivo): parâmetros de
resistência de Mohr-Coulomb.
Introdução
22
• RQD (“Rock Quality Designation”) (Deere et al., 1967), Q (“Quality”)
(Barton et al., 1974), e RMR (“Rock Mass Rating”) (Bieniawski, 1976):
índices de classificação de maciços rochosos.
Na etapa de análises de estabilidade, foram utilizadas seções resultantes
da modelagem geomecânica. Dois tipos de análises foram realizadas:
• Análises cinemáticas, que auxiliaram nas análises por equilíbrio limite e
complementaram os estudos referentes à estabilidade global e local
dos taludes da mina, apresentados nos relatórios geotécnicos
fornecidos pela VALE. Para estas análises foi utilizado o software Dips,
da Rocscience.
• Análises por equilíbrio limite dos taludes globais e das bancadas, a fim
de avaliar e validar os modelos gerados, e a metodologia proposta. O
software Slide 5.0, da Rocscience, foi utilizado.
Os programas RocData 4.0 e RocProp, ambos da Rocscience, foram
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
utilizados para estimar os parâmetros de resistência de Mohr-Coulomb, e os
softwares AutoCAD 2004 e Microsoft Office Excel auxiliaram na preparação dos
arquivos de entrada no Petrel 2004 e no Slide 5.0.
O presente trabalho faz parte de uma linha de pesquisa que se inicia no
GTEP/PUC-Rio, na área de mineração, que visa o desenvolvimento de uma
alternativa
de
fluxo
de
trabalho
abrangendo:
modelagem
geológica,
geomecânica, geoestatística e análises de estabilidade de taludes rochosos,
contribuindo assim para elaboração de projetos geotécnicos mais eficazes.
1.3.
Escopo
A presente dissertação está organizada em 6 Capítulos, resumidos a
seguir.
O Capítulo 1 apresenta a introdução do assunto estudado, com a
motivação e o objetivo deste trabalho.
No Capítulo 2 se encontra a revisão bibliográfica, onde são apresentados
os principais conceitos relacionados à área da mineração abordada no presente
trabalho (projeto de taludes de minas a céu aberto, mecânica das rochas,
caracterizações geotécnicas, e aspectos de modelagem geomecânica), e à
análise de estabilidade, e são citados os principais trabalhos e resultados nestas
linhas de pesquisa.
Introdução
23
O Capítulo 3 apresenta a caracterização geológico-geotécnica e
hidrogeológica da mina de Morro da Mina, com as investigações geotécnicas e
hidrogeológicas, os
parâmetros geomecânicos
e hidrodinâmicos destas
investigações, e os assumidos para realização do trabalho.
O Capítulo 4 trata da modelagem geológica e geomecânica 3D da mina de
Morro da Mina, possuindo: a descrição da metodologia e hipóteses adotadas
para elaboração destes modelos; a apresentação dos modelos geológico e
geomecânico, gerados pelo software Petrel 2004; e a análise crítica dos
resultados obtidos.
O Capítulo 5 aborda as análises de estabilidade dos taludes da mina,
possuindo: a descrição da metodologia e hipóteses adotadas para realização
das análises de estabilidade cinemáticas e por equilíbrio limite (de seções típicas
retiradas do modelo geomecânico apresentado no Capítulo 4); a apresentação
dos resultados; e a análise crítica destes.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
O Capítulo 6 apresenta as conclusões referentes a todas as etapas da
metodologia proposta, e sugestões que podem servir de base para novas
pesquisas nesta linha.
Os anexos estão numerados de 1 a 7, referindo-se respectivamente ao
Mapa Geológico, Mapa Geológico Estrutural, Bandamento e Zonas de
Cisalhamento, Foliação e Falhas, Locação dos Furos, Descrição Geotécnica do
Furo 05-01, e Mapa Geomecânico da mina.
2
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de
Minas a Céu Aberto
2.1.
Considerações sobre Minas a Céu Aberto
Um empreendimento de mineração a céu aberto, no geral, funciona de
maneira diferente da maioria das outras obras de engenharia geotécnica. Neste
caso, não há inserção de um elemento permanente no maciço rochoso, como
ocorre na construção de uma barragem, e sim, o desmonte contínuo do maciço.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Porém, em ambas as obras, o monitoramento do desempenho dos elementos
envolvidos, através de instrumentação, é constante.
O tempo de maturação é mais lento, podendo existir grande distância
temporal entre a descoberta de uma área com ocorrência considerável de
minério e o início das operações efetivas de lavra. Porém, depois de iniciadas as
atividades, estas se desenvolvem de maneira relativamente simples, podendo
levar dezenas de anos até o esgotamento “técnico” da região, pois nem sempre
uma mina é desativada pelo esgotamento mineral, e sim, devido a limitações
técnicas
de lavra do mineral restante, tornando a exploração deste
economicamente inviável.
A atividade de mineração está dividida basicamente nas seguintes fases
(Rojas, 1995; Abrão & Oliveira, 2004):
• Exeqüibilidade: esta fase abrange os estudos preliminares sobre a
geologia, o potencial mineral de uma região, e a viabilidade econômica
de exploração e aproveitamento. Um extenso trabalho de campo é
realizado para avaliação do corpo mineral e sua localização e
extensão.
• Projeto: compreende os estudos profundos para avaliação do potencial
mineral e realização da análise de risco financeiro. Após, segue-se a
elaboração dos projetos de engenharia civil e geotécnica dos
componentes
do
parque
mineral
–
instalações
de
apoio,
beneficiamento e a mina em si. O formato básico da mina é definido,
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
25
podendo sofrer alterações ao longo da operação, à medida que as
litologias vão se tornando explícitas.
• Implantação: construção dos componentes da mina e dos elementos
necessários à estabilidade e acessibilidade da cava (bancadas e
rampas), preparando-a assim para a lavra propriamente dita.
• Operação: compreende as atividades de lavra, beneficiamento e
transporte do minério comerciável.
• Desativação: fase de encerramento do empreendimento de mineração,
e preparação da área da cava para outra finalidade, ou realização de
recuperação ambiental da região.
Com relação à etapa de Projeto, no trabalho de Castro (2004) é
apresentado um conjunto de atividades, onde a maioria é realizada não somente
nesta fase, mas durante toda a vida útil da mina, sendo constituintes do
chamado PGTM – Projeto Geotécnico de Taludes de Mineração. Este autor
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
descreveu as seguintes atividades:
• Levantamentos preliminares e análise de dados pré-existentes;
• Mapeamento geológico-geotécnico de superfície;
• Execução de sondagens geotécnicas;
• Descrição geológico-geotécnica dos testemunhos de sondagem;
• Realização de ensaios geotécnicos;
• Determinação dos parâmetros de resistência dos materiais;
• Determinação das condições hidrogeológicas locais;
• Classificação geomecânica dos maciços rochosos;
• Elaboração de mapas e seções representativas;
• Definição dos potenciais mecanismos de ruptura dos taludes;
• Análises da estabilidade dos taludes;
• Definição das geometrias finais dos taludes da mina.
2.2.
Condicionantes dos Taludes de Minas
2.2.1.
A Geometria
Em minas a céu aberto com formação de cavas (Figura 2.1), os depósitos
minerais são explorados desde níveis superficiais até certa profundidade,
formando taludes, conforme o minério, juntamente com o material estéril, vão
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
26
sendo extraídos. Estes taludes devem ser inclinados de alguns graus para
prevenir rupturas do maciço rochoso. O ângulo formado deste modo é
governado por condições geomecânicas específicas da mina e depende das
seguintes limitações:
• Presença das vias de transporte, ou rampas de acesso, necessárias
para o transporte de material de dentro da cava;
• Porte dos equipamentos de lavra;
• Exploração com uso de explosivos;
• Tipo de rocha do minério e de suas encaixantes;
• Restrições econômicas, vinculadas à relação estéril/minério (neste
caso, quanto maior a inclinação do talude, menos material estéril é
gerado).
DEPÓSITO DE
ESTÉRIL
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
USINA DE
CONCENTRAÇÃO
MINA A CÉU
ABERTO
BARRAGEM DE
REJEITO
MEIA ENCOSTA
CAVA
ESTÉRIL
MINA
SUBTERRÂNEA
MINÉRIO
Figura 2.1 – Esquema de uma mina com seus elementos (Abrão & Oliveira, 2004).
A Figura 2.2 mostra uma seção típica de um talude de mina, com os
parâmetros definidores da sua geometria (Karzulovic, 2004):
r
αR
b
hB
hO
hR
αB
αR
αO
Figura 2.2 – Parâmetros que definem a geometria de uma mina a céu aberto.
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
27
• hB – Altura da bancada ou berma.
• b – Largura da bancada.
• αB – Inclinação da face da bancada.
• αR – Ângulo de inter-rampa.
• hR – Altura máxima da inter-rampa.
• r – Largura da rampa.
• hO – Altura máxima global.
• αO – Ângulo global.
Para o projeto de um talude de mina deve-se atentar principalmente para a
geometria das bancadas de escavação e dos taludes inter-rampa. A altura e a
largura das bancadas definem o ângulo de inter-rampa, e este deve ser tal que,
com a exploração da mina, consiga-se manter a inclinação desejada para as
faces destas. A largura da bancada deve ser ampla o suficiente para conter os
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
detritos de rupturas localizadas, garantindo assim a operação segura da mina.
Os taludes de inter-rampa não somente definem a estabilidade do talude global,
mas também a estabilidade das rampas. Em tempo, a perda de uma rampa
devido à ruptura do talude de inter-rampa pode ter um impacto na operação da
mina maior do que o da ruptura de um talude global num setor da mina sem
rampas.
As preocupações geométricas citadas acima estão vinculadas às
características das estruturas geológicas presentes no maciço (descontinuidades
e suas particularidades, tais como orientação, persistência, preenchimento etc.),
e às propriedades de resistência das rochas, portanto é essencial uma boa
caracterização geoestrutural do maciço, mencionada no item 2.3.
2.2.2.
A Geologia Local
De acordo com Abrão & Oliveira (2004):
"As feições geológicas desempenham papel importante na economia e
segurança
dos
empreendimentos
mineiros,
considerando-se,
principalmente, o porte das obras envolvidas. Nas minas a céu aberto,
ângulos de talude finais mais brandos, por condicionamentos geológicos,
podem significar acréscimos de dezenas de milhões de m³ de estéril... o
deslizamento de barragens de rejeitos pode causar danos ambientais e
econômicos de grande vulto. Portanto, o adequado conhecimento e
consideração dos fatores geológicos são imprescindíveis ao projeto,
operação e desativação de empreendimentos mineiros, nas suas várias
unidades".
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
28
Entende-se por fatores geológicos não somente os tipos de rochas
formadoras dos maciços da mina e a configuração estrutural destes
(levantamento das falhas, juntas, foliações etc.), mas também a composição
mineralógica e a alteração dos materiais podem afetar fortemente as
propriedades mecânicas dos maciços e a geologia estrutural.
A composição mineralógica influencia no grau de faturamento do maciço
rochoso e na resistência ao cisalhamento de suas descontinuidades, que
depende do material que pode estar preenchendo-as, e o tipo de alteração e sua
intensidade
afeta
as
características
mecânicas
dos
blocos
entre
as
descontinuidades.
Em maciços rochosos formados por vários tipos litológicos com diferentes
resistências à alteração (heterogêneos) é comum a ocorrência de intemperismo
diferenciado, gerando zonas de fraqueza, por onde as rupturas podem se iniciar.
Por outro lado, se o maciço não apresenta este tipo de problema, mas é formado
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
por rochas sedimentares, ou metamórficas, há a questão da anisotropia, onde se
observam direções preferenciais de menor resistência. Ambos os problemas
condicionam a estabilidade dos taludes (Kanji, 2006).
O grau de faturamento tem influência sobre as propriedades mecânicas,
devido ao efeito escala, onde a amostra de rocha intacta, no laboratório,
desenvolve um comportamento e no maciço, em campo, apresenta propriedades
diferentes. Isto ocorre porque amostras de tamanho reduzido podem não ser
representativas do maciço rochoso como um todo, na medida em que ensaios
realizados em pequenas amostras não abrangem as principais descontinuidades
presentes no maciço. Dessa forma, diversos autores têm discutido o assunto, e
considera-se que existe uma significativa redução da resistência com o aumento
do tamanho da amostra de rocha, uma vez que, na amostra de tamanho maior,
planos de fraqueza podem estar presentes (Cunha, 1990; Hoek, 2007).
A geologia estrutural define a orientação dos planos de fraqueza no
maciço, auxiliando na prevenção de possíveis rupturas e no entendimento do
comportamento anisotrópico da rocha quanto a sua resistência. Geralmente, as
descontinuidades persistentes e com grande extensão controlam a estabilidade
dos taludes, porém Hoek et al. (2000) menciona que as estruturas de menor
porte podem apresentar-se de forma complexa, e que junto com as de maior
porte, e as pontes de rocha, podem também condicionar a estabilidade global
dos taludes (Figura 2.3).
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
29
Figura 2.3 – Superfície de ruptura complexa, governada pelas descontinuidades
menores e maiores, e as pontes de rocha (Hoek et al., 2000, modificada por Zea &
Celestino, 2004).
2.2.3.
A Água Subterrânea
O conhecimento do comportamento da água subterrânea do local onde
será implantado um empreendimento mineiro é fundamental, pois disto
dependem vários aspectos do projeto de operação da mina, desde a análise da
estabilidade dos taludes da cava até a elaboração de um projeto de
rebaixamento de lençol economicamente otimizado, e implantação de sistemas
de drenagem eficazes.
Para
obter
tal
conhecimento
é
necessário
o
levantamento
das
características hidrogeológicas da região, que são utilizadas para a elaboração
do modelo hidrogeológico do maciço, sendo estas as seguintes:
• Valores dos níveis d’água e sua variação ao longo do tempo (por
exemplo, devido a pluviosidade acentuada), obtidos com auxílio de
piezômetros;
• Descrição dos aqüíferos, aqüicludes, aqüitardos e aqüífugos, com suas
propriedades
hidráulicas
(condutividade,
transmissividade
e
armazenamento), obtidas com auxílio de ensaios de bombeamento;
• Identificação das zonas de recarga e descarga. Deve-se atentar para as
áreas de descarga, pois neste local podem ocorrer consideráveis
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
30
forças de percolação “no sentido de diminuir os esforços resistentes”
(Scarpelli, 1994) à ruptura do talude.
Aqüífero é um corpo permeável de rocha ou solo que armazena água e
permite seu deslocamento subterrâneo. Em rochas, ocorrem nos seguintes tipos:
sedimentares com porosidade granular (arenitos, alguns calcários detríticos),
rochas com porosidade cárstica (calcários), com porosidade devido à alteração,
ou a efeitos tectônicos, e em maciços rochosos bastante fraturados (elevado
número de descontinuidades). Pode ser do tipo freático, onde a posição do nível
d’água recebe o nome de nível freático, ou artesiano, sendo o nível d’água neste
caso chamado nível piezométrico (Azevedo & Filho, 2004).
Os aqüicludes são materiais geralmente argilosos que contêm água,
podendo tornar-se saturados, mas não permitindo a sua circulação. Um
aqüitardo (argilas siltosas ou arenosas) também armazena água, porém permite
sua circulação, de forma mais lenta do que um aqüífero (retarda o fluxo), devido
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
a sua baixa permeabilidade. Aqüífugos são materiais praticamente impermeáveis
(rochas duras, cristalinas, metamórficas e vulcânicas), que não contêm nem
permitem a circulação de água através deles (Azevedo & Filho, 2004).
A drenagem de minas a céu aberto é necessária para permitir ou facilitar a
operação de lavra, ou para estabilização dos taludes, conforme mostrou
Innocentini (2003), onde realizou análises de estabilidade em taludes da Mina de
Gongo Soco, chegando à conclusão de que era fundamental a implantação de
um sistema de drenagem profunda para garantir a estabilidade destes. Em
seguida este foi executado, e as campanhas de despressurização com utilização
de drenos horizontais profundos obtiveram ”eficiência acima do previsto” no
controle das pressões hidrostáticas no maciço. São citados no trabalho de
Sjöberg (1996) diversos casos de aplicação de drenagens bem sucedidas, tanto
para permitir/facilitar a exploração das minas, quanto para estabilização dos
taludes.
Além de drenos horizontais profundos, os sistemas de rebaixamento e
drenagem comuns em minas a céu aberto são os poços profundos de
bombeamento (verticais), as galerias, e as valetas para drenagem superficial.
2.2.4.
O Estado de Tensão nos Taludes
Além do conhecimento das condições geológicas e hidrológicas do maciço,
precisa-se compreender o estado de tensão presente neste, pois disto também
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
31
depende o entendimento da mecânica do comportamento do talude como um
todo. As tensões virgens ou naturais (presentes antes da escavação do talude)
são, em quase todos os casos, de compressão, e são geralmente uma
combinação de:
• Tensões gravitacionais devido ao peso da rocha superposta;
• Tensões tectônicas originadas de forças externas tectônicas;
• Tensões residuais;
• Tensões causadas por glaciações anteriores;
• Tensões térmicas;
• Tensões físico-químicas.
Portanto, de acordo com Mioto & Coelho (2004), “o estado de tensão
natural resulta de sucessivos eventos da história geológica do maciço rochoso,
correspondendo ao produto de vários estados de tensão anteriores”.
Em muitos casos, as tensões gravitacionais e tectônicas são as maiores
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
contribuintes para o estado de tensão natural do maciço. A tensão virgem
vertical costuma ser assumida como sendo devida ao peso do maciço
superposto. A tensão virgem horizontal, por outro lado, é mais difícil de
quantificar devido à componente tectônica normalmente presente. Este tipo de
tensão varia sensivelmente nas diferentes regiões do mundo. Em geral, tensões
horizontais são mais elevadas que as verticais, em pouca profundidade. Em
maiores profundidades, a tensão horizontal decai e em elevadas profundidades,
estas tensões são menores do que as verticais.
As tensões residuais são aquelas que permanecem atuando no maciço
rochoso após o término do evento que as originaram, porém, quando não atuam
mais recebem o nome de paleotensões.
O estado de tensão virgem é alterado conforme o talude da mina é
escavado e as tensões são redistribuídas ao redor da mina, gerando as tensões
induzidas. Concentrações de tensões compressivas no pé do talude promovem
rupturas nesta região. Em taludes de grande escala, o estado de tensão é
complexo, com zonas de baixas e elevadas tensões.
O estado de tensão nas rochas de maciços pode ser avaliado através da
aplicação de métodos qualitativos e quantitativos, porém isto não é comum na
área de mineração.
Ademais, um maciço rochoso também é governado pela ação da água
presente nos poros e descontinuidades, gerando poro-pressões e tensões
efetivas. A pressão d'água é igual em todas as direções, reduzindo assim a
tensão efetiva em um dado ponto no maciço, e esta redução está relacionada
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
32
com a resistência ao cisalhamento do mesmo. A resistência ao cisalhamento de
uma descontinuidade é diretamente proporcional à tensão normal aplicada. Uma
redução da tensão normal causa redução da resistência ao cisalhamento sobre a
superfície de ruptura. Além disto, efeitos secundários da presença da água
podem ocorrer, onde minerais reagem de forma desfavorável, reduzindo a
resistência de materiais de preenchimento das descontinuidades formados por
aqueles, e o fluxo d'água pode causar erosão, reduzindo também a resistência
do maciço.
2.3.
Caracterização Geomecânica de Taludes Rochosos
Maciço rochoso, de acordo com Serra Jr. & Ojima (2004), é um conjunto
de blocos de rocha, justapostos e articulados, formado pela matriz rochosa, ou
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
rocha intacta, constituinte dos blocos, e pelas superfícies que limitam estes,
chamadas de descontinuidades. Dependendo das modificações e solicitações
aplicadas sobre um maciço, este vai se comportar de maneira diferente,
procurando alcançar o equilíbrio estático de seus “blocos”, pois as características
da rocha e das descontinuidades, relacionadas à resistência, permeabilidade,
alteração etc., diferem de local para local sobre o maciço. Assim é importante
levantar e descrever estas particularidades, realizando desta forma um
procedimento
preliminar
chamado
de
Caracterização
Geotécnica,
ou
Geomecânica. Com esta caracterização, confecciona-se um quadro inicial do
maciço rochoso e de seus problemas, e investigações posteriores, realizadas em
laboratório, precisarão os parâmetros levantados, principalmente a resistência da
rocha (Guidicini & Nieble, 1984).
Estes parâmetros são apresentados em forma de classes ou graus, sendo
importante a avaliação dos seguintes: Grau de Resistência, Grau de Alteração,
Grau de Consistência, e Grau de Fraturamento. Geralmente são avaliados em
campo, através de meios expeditos aplicados em testemunhos de sondagem,
afloramentos, ou paredes de escavação.
O Grau de Resistência pode ser avaliado através do Ensaio de
Compressão Puntiforme (Point Load Test), ou da apreciação táctil-visual,
utilizando-se geralmente amostras de mão ou de testemunhos de sondagem. O
ensaio de compressão puntiforme fornece o índice de resistência à carga pontual
(Is), correlacionado empiricamente à resistência a compressão uniaxial. Uma vez
obtida a resistência da rocha, esta é classificada de acordo com determinadas
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
33
convenções, que dividem o campo de resistência em várias faixas, como por
exemplo, a apresentada pela ISRM (1978), que divide os valores de resistência à
compressão uniaxial em sete faixas, indo da mais baixa R0 (0,25 – 1 MPa) a
mais elevada R6 (> 250 MPa).
A apreciação táctil-visual é realizada por meio de testes com o martelo de
geólogo, canivete, e unha, que avaliam a resistência ao impacto, resistência ao
risco, e friabilidade da rocha. Os resultados observados (amostra lascada,
riscada, ou esmigalhada) podem ser associados diretamente aos graus de
resistência da tabela da ISRM (1978), classificando-se assim a rocha. O trabalho
de Vaz (1996) apresenta também uma convenção, onde o autor classifica as
rochas intactas em grupos, de acordo com a apreciação táctil-visual, tendo como
base a tabela da ISRM (1978).
O Grau de Alteração é um parâmetro de difícil definição no campo, sendo
recomendado fixar um número reduzido de classes de alteração, baseado numa
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
avaliação macroscópica das características petrográficas da rocha (cor dos
minerais, brilho, friabilidade etc.). Entretanto, Vaz (1996) definiu horizontes de
alteração de rocha em função dos métodos de escavação e perfuração que
podem ser aplicados àquele horizonte, sendo, portanto, baseado na resistência
mecânica da rocha. Desta forma, criou Classes de Alteração, Grupos de Rochas,
os limites de resistência das Classes e dos Grupos, e indicou as classes ou
graus de alteração presentes em cada grupo (Figura 2.4). Para avaliação
expedita destes Grupos de Rochas utilizou a apreciação táctil-visual, conforme
mencionado anteriormente.
O Grau de Consistência ou Coerência geralmente é aplicado para
classificação da resistência de rochas sedimentares, onde o ensaio de
compressão puntiforme não se aplicaria. É baseado na apreciação táctil-visual
com uso de martelo de geólogo, canivete, e unha, elaborando-se assim uma
escala de níveis variáveis de acordo com a resposta da rocha às diversas
solicitações destas ferramentas.
O Grau de Fraturamento, em geral, é determinado por simples contagem
de fraturas ao longo de uma direção, utilizando-se normalmente o número de
fraturas por metro. Em avaliação de testemunhos de sondagem, é comum a
observação de apenas fraturas originais, não soldadas por material coesivo,
desconsiderando-se as provocadas pelo processo de perfuração. O critério pode
ser aplicado a trechos de qualquer extensão, trazendo-se os valores para o
comprimento de 1m (uso de “regra de três”). Esta classificação deve ser
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
34
complementada com informações sobre as descontinuidades, mencionadas no
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
item 2.4.2.
Figura 2.4 – Resistência à Compressão Uniaxial e Classes de Alteração (Vaz, 1996).
Além destes parâmetros, é importante a definição da litologia, a partir de
análises petrográficas, das propriedades índices, principalmente o peso
específico da rocha, e a caracterização hidrogeológica, apresentada no item
2.2.3.
2.4.
Propriedades de Resistência
2.4.1.
Resistência das Rochas Intactas
Entende-se por rocha intacta a matriz rochosa livre de descontinuidades de
grande escala (visíveis a olho nu), formada por minerais agregados entre si,
possuindo assim elevada coesão interna e resistência à tração, diferente dos
solos. Este material tem boa capacidade de suporte de cargas até certo valor
dependente do tipo da rocha e suas condições mineralógicas. A partir deste
valor, a rocha não se comporta de forma satisfatória, ou seja, perde a resistência
a solicitações externas, ocorrendo o seu rompimento ou colapso, e é este valor
limite da resistência que geralmente é necessário obter para a elaboração de
projetos de obras envolvendo este material.
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
35
A rocha pode entrar em colapso sobre efeito de esforços de flexão,
cisalhamento, tração, e compressão, sendo capaz de ocorrer uma combinação
de dois ou mais esforços. Isto dificulta um pouco a compreensão dos
mecanismos de ruptura, e a realização dos ensaios, entretanto os seguintes
ensaios de laboratório em amostras de rochas intactas podem ser feitos para
avaliação de suas propriedades de resistência e deformabilidade, sendo estes os
principais até então (Nunes, 2006):
• Ensaio de Compressão Uniaxial com medida de deformações axiais e
radiais para obtenção da Resistência à Compressão Uniaxial, Módulo
de Young, e Coeficiente de Poisson;
• Ensaio de Compressão Triaxial para obtenção da envoltória de
resistência, ângulo de atrito, e intercepto coesivo;
• Ensaio de Compressão Diametral (Ensaio Brasileiro) para determinação
da resistência à tração;
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
• Ensaio de Carga Pontual (Point Load Test) para a estimativa da
Resistência à Compressão Uniaxial.
2.4.2.
Resistência das Descontinuidades
As descontinuidades, como o próprio nome diz, são estruturas geológicas
presentes em maciços rochosos que impedem a continuidade da matriz rochosa,
podendo ser de origem tectônica, tais como as dobras, foliações, juntas, e
falhas, presentes nas zonas de cisalhamento dúcteis e rúpteis, ou de origem
atectônica, tais como as juntas de alívio. Estas estruturas, principalmente as
juntas e foliações, afetam em maior ou menor escala as propriedades
geotécnicas dos maciços resistência, deformabilidade e permeabilidade.
Com relação à apresentação no maciço, as descontinuidades geralmente
ocorrem
em
famílias,
isto
é,
“em
conjuntos
de
estruturas
planares
aproximadamente paralelas entre si” (Azevedo & Marques, 2002), e grupos de
famílias que se interceptam são chamados de sistemas. Suas características
geométricas principais, levantadas em campo, são as dez seguintes: atitude,
espaçamento, persistência ou continuidade, rugosidade, resistência da parede
(vinculado ao estado de alteração da superfície), abertura, preenchimento,
percolação, número de famílias, e tamanho do bloco. No trabalho de Durand
(1995) estas características são definidas em detalhe, e é apresentada a
caracterização das descontinuidades, segundo metodologia da ISRM (1978),
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
36
presentes no talude SE-NW da Mina de Timbopeba, servindo de exemplo de
aplicação prática desta metodologia.
As propriedades de resistência das descontinuidades podem ser
estimadas através de uma análise detalhada das características geométricas
levantadas em campo, ou ser medida diretamente através de ensaios de campo
e laboratório. Os ensaios de campo são do tipo Cisalhamento Direto, não sendo
comum sua realização, pois os custos são elevados. Os de laboratórios são mais
comuns e existem os de Compressão Triaxial e de Cisalhamento Direto.
2.4.3.
Resistência de Maciços Rochosos
A resistência do maciço rochoso é uma função da resistência de ambas as
descontinuidades e as pontes de rocha (rocha intacta) formadas, e depende do
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
mecanismo de ruptura; este por sua vez é dependente do estado de tensão no
talude e da geometria das descontinuidades. Um maciço pode estar sob efeito
de esforços de tração, compressão, e cisalhamento, sendo este último o mais
importante, devido à existência de diferentes tipos de ruptura por cisalhamento,
onde uma considerável tensão normal atua sobre o maciço.
Para uma descontinuidade completamente plana, a resistência ao
cisalhamento é normalmente uma função linear da tensão normal atuando sobre
a descontinuidade. Este é o princípio do Critério de Resistência ao Cisalhamento
de Coulomb, que também é adotado para definição da resistência da rocha
intacta. Neste caso recebe o nome de Critério de Mohr-Coulomb, pois a função
linear passa a ser uma envoltória de ruptura a todos os círculos de Mohr que
representam combinações críticas de tensões principais, sendo expressa da
seguinte maneira:
τ = c + σ n tan φ
(2.1)
Onde:
τ = Resistência ao cisalhamento;
σn = Tensão normal efetiva;
c = Coesão;
φ = Ângulo de atrito da descontinuidade, ou da rocha.
Para materiais onde ocorre predominância de superfícies ásperas, tem-se
o Critério de Resistência ao Cisalhamento de Patton, e o Critério de Barton-
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
37
Bandis (Barton & Bandis, 1990), citado em Sjöberg (1996). Estes autores
desenvolveram um critério de ruptura ao cisalhamento empírico que inclui termos
para rugosidades de superfícies de descontinuidades e resistência à
compressão da parede da junta, tal que:


 JCS 
 + φ r 
τ f = σ n tanJRC log10 
 σn 


(2.2)
Onde:
JRC = Coeficiente de Rugosidade da Junta;
JCS = Resistência à Compressão da Parede da Junta;
φr = Ângulo de atrito residual da descontinuidade (estimado a partir de
ensaios com o martelo de Schmidt).
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Com relação à avaliação do maciço rochoso como um todo, existe o
Critério de Ruptura de Hoek-Brown, elaborado por Hoek & Brown (1980 a, b),
sendo empírico e inicialmente criado para aplicação em projetos de escavação
subterrânea. Este critério sofreu modificações, tornando possível sua aplicação
em taludes rochosos, sob a condição de o maciço poder ser considerado como
homogêneo e isotrópico (composto de rocha intacta ou ser intensamente
fraturado), ou seja, não deve ser aplicado em análises de taludes onde a ruptura
é controlada estruturalmente, como por exemplo, no caso em que o
espaçamento das descontinuidades é similar ao do tamanho do próprio talude, e
onde o processo de ruptura é claramente anisotrópico (Hoek & Marinos, 2007).
As modificações se referem principalmente à introdução de parâmetros
que relacionam o critério com observações geológicas (RMR e GSI), e à forma
de obtenção do ângulo de atrito efetivo φ’ e da coesão efetiva c’, que são os
parâmetros de resistência comumente usados em análises de estabilidade
(Hoek, 1983, 1990, e 1994; Hoek & Brown, 1988, e 1997; Hoek et al., 2002;
Marinos et al., 2005). Atualmente é conhecido como Critério de Ruptura de
Hoek-Brown Generalizado, sendo expresso da seguinte forma:


σ'
σ'1 = σ' 3 + σ ci  m b 3 + s 
σ ci


Onde:
a
(2. 3)
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
38
σ'1 e σ'3 = Maior e menor tensão principal efetiva na ruptura,
respectivamente;
σci = Resistência à compressão uniaxial da amostra de rocha intacta;
mb = Valor reduzido da constante petrográfica mi de Hoek e Brown para o
maciço rochoso;
s, a = Constantes que dependem das características do maciço rochoso.
As propriedades da rocha intacta e do maciço rochoso relacionadas acima
podem ser estimadas das seguintes formas:
• Resistência à compressão uniaxial σci da amostra de rocha intacta:
obtida de forma direta através de ensaios em amostras de rocha
(Ensaio de Compressão Simples, ou Point Load Test), de cálculos com
resultados de ensaios triaxiais (Hoek & Brown, 1988; Hoek, 2007) ou
tabelas com valores estimados, encontradas na literatura geotécnica.
• Constante mi de Hoek e Brown para a amostra de rocha intacta:
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
determinado através de cálculos com resultados de ensaios triaxiais
em amostras de rocha (Hoek & Brown, 1988; Hoek, 2007), ou tabelas
com valores estimados.
Segue-se então que:
m b = mi e
 GSI−100 


 28−14D 
(2. 4)
Onde:
D = Fator que depende do grau de distúrbio que o maciço rochoso sofreu
com o uso de explosivos e o alívio de tensões. Varia de 0 para maciços não
perturbados a 1 para maciços muito perturbados (Hoek et al., 2002).
GSI = “Geological Strength Index” para o maciço rochoso. Introduzido no
critério através dos trabalhos de Hoek (1994) e Hoek et al. (1995) em
substituição ao índice de qualidade RMR (Bieniawski, 1989), pois este é de difícil
aplicação em maciços de rochas de qualidade inferior (very poor quality), e foi
notado que era necessário um sistema baseado mais fortemente em
observações geológicas do que em números. Hoek (2007) recomenda que o
valor de GSI deva ser estimado através da Figura 2.5 e Figura 2.6, e no trabalho
de Marinos et al. (2005) são encontradas orientações para uso do GSI na
prática.
MUITO FRATURADA – intertrav ado,
maciço parcialmente perturbado com
blocos angulares com v árias f aces
f ormados por quatro ou mais f amílias
de descontinuidades
FRATURADA/PERTURBADA/”COSTURADA” – dobrada com blocos
angulares f ormados por muitas
f amílias de descontinuidades
interceptadas. Persistência de planos
de acamamentos ou xistosidades
DESINTEGRADA – pobremente
intertravada, maciç o rochoso
intensamente quebrado, com uma
mistura de pedaços rochosos
angulares e arredondados
MUITO POBRE
Polida, superfícies altamente intemperisadas com
camadas de argila mole ou preenchimentos
POBRE
Polida, superfícies altamente intemperisadas com camadas compactas ou preenchimentos ou fragmentos
angulares
RAZOÁVEL
Lisa, superfícies moderadamente intemperisadas e
alteradas
BOA
Rugosa, levemente intemperisada, superfícies
manchadas de ferro (“enferrujadas”)
DECRÉSCIMO DO INTERTRAVAMENTO DE BLOCOS ROCHOSOS
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
FRATURADA – maciço rochoso bem
intertrav ado não perturbado constituído
por blocos cúbicos f ormados por três
f amílias de descontinuidades que se
interceptam
39
DECRÉSCIMO DA QUALIDADE DA SUPERFÍCIE
ESTRUTURA
INTACTA OU MACIÇA – rocha
intacta ou maciça com poucas
descontinuidades, largamente
espaçadas
MUITO BOA
Muito rugosa, superfícies sãs não intemperisadas
ÍNDICE DE RESISTÊNCIA GEOLÓGICA
PARA MACIÇOS FRATURADOS ( Hoek &
Marinos, 2000)
A partir da litologia, estrutura e condiç ões
da superfície das descontinuidades, estimase o valor médio de GSI. Não tente ser tão
precis o. Citar um alcance de 33 a 37 é mais
realístico do que afirmar que GSI = 35.
Observe que a tabela não é aplicável a
rupturas controladas estruturalmente. Onde
existir planos estruturais de fraqueza com
orientação desfavorável em relação à face
da escavação, estes controlarão o
comportamento do maciço rochoso. A
resis tência ao cis alhamento de superfícies
rochosas propensas a sofrer deterioração
com as variações de umidade será reduzida
quando existir presença de água. Quando
trabalhar com rochas de categoria razoável
a muito pobre, um deslocamento para a
direita pode ser feito em condições de
saturação. Pressão de água é avaliada
através de análises de tensão efetiv a.
CONDIÇÕES DA SUPERFÍCIE
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
LAMINADA/CISALHADA – ausência
de blocos devido ao estreito
espaçamento de xis tosidades fracas
ou planos de cisalhamento
Figura 2.5 – Estimativa de GSI para maciços rochosos fraturados (Marinos et al., 2005).
COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA
A. Acamamento espesso, arenito muito fraturado. O efeito
de camadas de pelito sobre os planos de acamamento é
minimizado pelo confinamento do maciço rochoso. Em
túneis rasos ou taludes estes planos de acamamento
podem causar instabilidade controlada estruturalmente.
B. Arenito
com finas
camadas
de siltito
intercaladas
C. Arenito
e siltito em
quantidades iguais
C, D, E e G – podem ser mais ou
menos dobrados do que a ilustração,
mas isto não muda a resistência.
Deformação tectônic a, f alhamento e
perda de continuidade movem estas
categorias para F e H.
G. Xisto (folhelho)
siltoso ou argiloso não
perturbado com ou
sem algumas camadas
de arenitos muito
finas.
E. Siltito
fraco ou xisto
(folhelho)
argiloso com
camadas de
arenito
F. Deformado tectonicamente,
intensamente dobrado/falhado, xisto
(folhelho) argiloso ou siltito cisalhados,
com camadas de arenitos quebradas
e deformadas formando uma estrutura
quase caótica.
H. Xisto (folhelho) siltoso ou argiloso
deformado tectonicamente,
formando uma estrutura caótica com
bolsas de argila. Camadas finas de
arenito são transformadas em
pequenos pedaços de rochas.
40
: Significa deformação devido à perturbação tectônica
D. Siltito ou
xisto (folhelho) siltoso
com camadas de arenito
MUITO POBRE – Muito lisa,
superfícies polidas ou altamente
intemperisadas com camadas de
argila mole ou preenchimentos
POBRE – Muito lisa, superfícies
ocasionalmente polidas com
camadas compactas ou preenchidas
com fragmentos angulares
RAZOÁVEL – Lisa, superfícies
moderadamente intemperisadas e
alteradas
BOA – Rugosa, superfícies
levemente intemperisadas
MUITO BOA – Muito rugosa,
superfícies sãs não intemperisadas
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
1
Figura 2.6 – Estimativa de GSI para maciços rochosos heterogêneos (Flysch ) (Marinos
et al., 2005).
1
Seqüência rítmica de espessas camadas de arenitos e folhelhos. Os arenitos são
gradacionais e erosivos na base. Sua ocorrência é comum em determinada fase marinha
do desenvolvimento de um geossinclinal. O termo flysch está comumente associado à
grauvacas, entretanto, deve ser levado em conta que flysch é um fácies sedimentar e
grauvaca é um termo petrográfico. O depósito de flysch tem origem em leques
submarinos que progridam em direção ao talude, caracterizando-se em sua porção
média, por uma típica seqüência turbidítica.
GSI PAR A MACIÇOS ROCHOSOS HETEROGÊNEOS TAIS COMO FLYSCH
(Marinos, P. & Hoek, E., 2000)
A partir de uma descrição da litologia, estrutura e condições da superfície
(particularmente de planos de acamamentos), escolha uma caixa de desenho.
Localize a posição na caixa que corresponde à condição das descontinuidades e
estime o valor médio de GSI a partir dos contornos. Não tente ser tão preciso. Citar
um alcance de 33 a 37 é mais realístico do que afirmar que GSI = 35. Observe que
o Critério de Hoek-Brown não é aplicável a rupturas controladas estruturalmente.
Onde descontinuidades persistentes planares fracas orientadas desfavoravelmente
estão presentes, estas controlarão o comportamento do maciço rochoso. A
resistência de alguns maciços rochosos é reduzida pela presença de água
subterrânea, e isto pode ser levado em conta através de um leve deslocamento
para a direita nas colunas para condições razoável, pobre e muito pobre. Pressão
de água não muda o valor de GSI, e é avaliada através do uso de análises de
tensão efetiva.
CONDIÇÕES DA SUPERFÍCIE DE
DESCONTINUIDADES
(Predominantemente planos de
acamamento)
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
41
Com aplicação do valor de GSI, as constantes s e a são obtidas da
seguinte forma:
 GSI −100 


9 −3 D 
s = e
a=
(2. 5)
− 20
1 1  −GSI 15
+ e
− e 3 

2 6
(2. 6)
Os parâmetros de resistência de Mohr-Coulomb são obtidos através das
seguintes equações (Hoek, 2007):
a −1


6am b (s + m b σ' 3n )
φ' = sin 
a −1 
 2(1 + a )(2 + a ) + 6am b (s + m b σ' 3n ) 
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
−1
(2. 7)
σ ci [(1 + 2a )s + (1 − a )m b σ' 3n ](s + m b σ' 3n )
a −1
c' =
(1 + a )(2 + a)
(
1 + 6am b (s + m b σ' 3n )
a −1
) [(1 + a)(2 + a)]
(2. 8)
Onde:
σ’3n = σ’3max/σci.
O valor de σ’3max é obtido pela equação abaixo:
σ' 3 max
 σ' 
= 0,72 cm 
σ' cm
 γH 
−0,91
(2.9)
Onde:
γ = Peso específico da rocha do maciço;
σ’cm = Resistência à compressão uniaxial do maciço rochoso, sendo:
σ' cm = σ ci
(m b + 4s − a(mb − 8s))(m b
2(1 + a )(2 + a )
4 + s)
a −1
(2.10)
Um histórico do desenvolvimento do Critério de Ruptura de Hoek-Brown
Generalizado é apresentado em detalhes no trabalho de Hoek & Marinos (2007).
Atualmente existem softwares baseados nos trabalhos de Hoek & Brown (1988),
Hoek (1990 e 1994), e Hoek et al. (2002) que realizam os cálculos citados
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
42
anteriormente, gerando as envoltórias e os parâmetros de resistência, sendo o
RocLab 1.0 e RocData 4.0, pertencentes ao pacote da Rocscience (Grupo de
engenharia de rocha vinculado à Universidade de Toronto), os mais utilizados.
2.5.
Sistemas de Classificação de Maciços Rochosos
A reação do maciço às solicitações impostas durante a exploração de
minas, ou qualquer outro empreendimento diferente, vai depender de suas
características geomecânicas, tais como litologia, grau de alteração da rocha,
resistência, presença e condição das descontinuidades etc., levantadas na etapa
de caracterização geomecânica. Classificar um maciço é organizar estas
características em grupos ou classes, de forma que se possa associar a estes
grupos um padrão de comportamento, que é então esperado ser encontrado em
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
rochas ditas pertencentes àquela classe (Serra Jr. & Ojima, 2004).
De acordo com Hoek (2007), sistemas de classificação têm sido
desenvolvidos desde 1879, com o objetivo principal de auxílio na definição do
sistema de suporte para obras subterrâneas, e em seu trabalho é apresentado
um resumo dos principais, sendo estes: Terzaghi (1946), Lauffer (1958), Deere
et al. (1967), Wickham et al. (1972), Bieniawski (1989), Laubscher (1977, 1990) e
Barton et al. (1974). Além destes três últimos, encontram-se também descritos
no trabalho de Scarpelli (1994) sistemas de classificação desenvolvidos
especificadamente para avaliação da estabilidade de taludes, tais como os de
Romana (1991), Robertson (1988), Klengel (1978), Sancio & Brown (1980),
Kirkaldie et al. (1988), e outros. Os sistemas de Laubscher (MRMR), Romana
(SMR) e Robertson são considerados extensões do sistema RMR de Bieniawski.
O sistema de Deere é utilizado para avaliação quantitativa da qualidade da
rocha através de testemunhos de sondagem (“Rock Quality Designation” - RQD),
e juntamente com os demais citados por Hoek (2007), foi elaborado
primariamente para utilização em escavações subterrâneas, entretanto, ao longo
dos anos, alguns sofreram atualizações e adaptações, podendo então ser
aplicados a taludes de escavações a céu aberto. Na década de 70 o sistema
RQD se tornou um dos componentes dos sistemas de classificação de
Bieniawski e Barton.
Em minas brasileiras, os sistemas elaborados por Deere, Bieniawski e
Barton são os mais utilizados. O sistema de Bieniawski, “Rock Mass Rating”
(RMR), teve origem em 1973, baseado em 49 casos históricos. Em 1984, 62
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
43
casos de minas de carvão foram incluídos nos estudos, e em 1987, 78 casos de
túneis e minas foram acrescentados também. Até 1995, um total de 351 casos
históricos havia sido acrescentado. Desde sua elaboração, sofreu modificações,
conforme os casos eram incluídos, em relação aos valores dos pesos dos
parâmetros utilizados na classificação (Bieniawski, 1973, 1974, 1976, 1979,
1989), sendo muito significativas, como mostra um exemplo de aplicação
apresentado em Hoek (1994). Atualmente também é conhecido como
Classificação Geomecânica de Bieniawski. Este sistema é baseado em seis
parâmetros, que recebem pesos, de acordo com os seus valores: Resistência da
rocha intacta, RQD, Espaçamento das descontinuidades, Condição das
descontinuidades,
Condições
da
água
subterrânea,
Orientação
das
descontinuidades. O valor de RMR é obtido pela soma dos pesos destes seis
parâmetros (Bieniawski, 1989; Rawlings et al., 1995).
O sistema de Barton, “Q-system”, foi desenvolvido em 1974 a partir da
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
análise de 212 casos históricos de túneis e cavernas da Escandinávia e
arredores, e ao longo do tempo, passou por atualizações, alcançando mais de
1050 casos analisados, até o ano de 1995. Este sistema é baseado em uma
avaliação numérica da qualidade de maciços rochosos utilizando-se os seis
parâmetros seguintes: RQD, Jn (Índice de influência do número de famílias de
descontinuidades), Jr (Índice de influência da rugosidade das paredes da família
de descontinuidades mais desfavorável), Ja (Índice de influência da alteração
das paredes da família de descontinuidades mais desfavorável), Jw (Índice de
influência da água subterrânea), SRF (Índice de influência do estado de tensões
no maciço) (Rawlings et al., 1995). Estes parâmetros formam a seguinte
equação para cálculo do índice de qualidade Q, agrupados em três quocientes:
Q=
J
RQD Jr
× × w
Jn
Ja SRF
(2.11)
No sistema Q, a qualidade do maciço rochoso pode variar de Q = 0,001 a
Q = 1000, representada em escala logarítmica, sendo dividida em 7 classes (A
até G). Já no sistema de Bieniawski, o valor de RMR pode variar da faixa de <
20 (classe V - Very poor rock) até a faixa de 81-100 (classe I - Very good rock)
(Rawlings et al., 1995). Durand (1995) apresenta a aplicação prática destes dois
sistemas para classificação geomecânica do talude SE-NW da mina brasileira de
Timbopeba, pertencente à VALE. Este autor utilizou as versões Bieniawski (1976
e 1989), e Barton et al. (1974).
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
44
Bieniawski (1976) propôs uma correlação entre os valores de Q e RMR, a
partir da análise de 111 casos históricos, sendo 62 casos de Barton, da região
da Escandinávia, e 49 outros casos. Os resultados foram plotados graficamente
e a seguinte correlação foi obtida:
RMR = 9 ln Q + 44
(2.12)
Entretanto, nos trabalhos de Bieniawski (1976 e 1989) não é explicado de
modo claro como foi obtida esta correlação: se nos 62 casos de Barton foi
aplicado o sistema de RMR e nos 49, o Q-system, e assim retirada a correlação,
ou se o gráfico que deu origem à correlação foi elaborado de modo aproximado,
a partir dos valores existentes de Q e RMR, plotados de acordo com suas
classes e as semelhanças entre os nomes destas.
Esta correlação foi utilizada por Durand (1995) ao longo de três galerias
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
para prospecção, situadas na parte chamada talude sul do talude SE-NW da
Mina de Timbopeba, para avaliação do maciço composto por quartzito. O autor
aplicou os dois sistemas de classificação (Bieniawski, 1976; Barton et al., 1974)
e calculou também o valor de RMR pela correlação, e ao comparar os resultados
(RMR1976 x RMRcorrelação) verificou a inaplicabilidade da correlação para aquele
local.
De qualquer modo, a correlação foi feita com base em rochas de diversos
lugares, e tipos diferentes, e o Q-system leva em conta, mesmo que de modo
indireto (através do RQD), a resistência da rocha intacta, juntamente com o
RMR, que considera de modo direto esta resistência, sendo isto uma
característica relacionada ao litotipo. Assim, seria interessante se correlações
entre os dois sistemas fossem elaboradas por litologia, pois teoricamente em
qualquer parte do mundo poderiam ser aplicadas, e o valor de RMR seria
calculado de modo mais preciso.
De forma geral, a aplicação de sistemas de classificação é um
procedimento relativamente simples, mas é necessário da parte do usuário um
entendimento claro dos parâmetros envolvidos e talvez algumas informações
mais detalhadas do maciço (resistência das rochas, condições do fluxo d’água
subterrâneo), que inicialmente podem não estar disponíveis. Logo, a
classificação do maciço não deve substituir um estudo mais elaborado do
mesmo, e sim, ao longo do projeto, a classificação pode vir sofrendo
atualizações, conforme novos dados geotécnicos são obtidos. Dependendo da
obra a ser realizada, é interessante utilizar mais de um sistema de classificação,
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
45
pois diferentes sistemas dão diferentes ênfases aos parâmetros envolvidos
(Hoek, 2007).
Adaptações da versão de Bieniawski (1979) foram feitas para aplicação em
minas no Brasil, incluindo uma nova classe de maciço, a Classe VI, onde esta
abrange “os solos estruturados rijos e rochas extremamente alteradas brandas e
moles, tipo saprolitos” (Innocentini, 2003). Esta classe foi criada para divisão dos
materiais entre os que são escavados com equipamentos comuns de escavação
e escarificação usados na lavra, e os que são escavados a fogo (Galbiatti, 2006).
Este procedimento está de acordo com a idéia defendida por Ojima & Vaz
(1982), citada em Scarpelli (1994), onde esta autora diz que aqueles “só
consideram válida a utilização de classificações desenvolvidas para condição
única de uma determinada obra em um meio específico, não concordando com a
aplicação de classificações pré-estabelecidas, as ditas universais”.
Ainda seguindo a linha de raciocínio citada anteriormente, Almeida (1994)
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
apresenta em seu trabalho um sistema de classificação geomecânico
desenvolvido para maciços rochosos de itabiritos, com aplicação a minerações a
céu aberto situadas no Quadrilátero Ferrífero. Este sistema tem por base o de
Franklin et al. (1971), e o autor apresenta de forma sistemática as etapas de
elaboração do seu sistema, podendo desta forma servir de base para elaboração
de outros, específicos para locais variados, possuindo estes “a capacidade de
incorporar detalhes e peculiaridades não presentes em sistemas mais gerais”
(Scarpelli, 1994).
2.6.
Modelagem Geológica e Geomecânica de Maciços Rochosos
Em geral, um modelo geomecânico é a representação gráfica de uma
região onde será implantado um empreendimento, ou onde já exista um,
podendo ser a reprodução de maciços de talude, de escavação subterrânea, da
fundação de barragens, ou de outras obras geotécnicas, que abrange todas as
informações geológicas e geotécnicas necessárias para a previsão do
comportamento do maciço quando solicitado. É um modelo físico da região, e no
caso de maciços rochosos deve apresentar as características globais, como as
classes geomecânicas, e as particularidades relevantes que possam condicionar
o seu comportamento,
tais
descontinuidades,
seus
com
como o nível
respectivos
d’água subterrânea e as
parâmetros
geotécnicos.
Sua
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
46
complexidade vai depender da obra e finalidade para o qual está sendo criado e
do tamanho da região que será analisada.
É elaborado após a caracterização e classificação do maciço, e reúne
todas as feições do meio rochoso, definidas espacialmente, de interesse ao
projeto em questão. É, portanto, específico para o local estudado (Serra Jr. &
Ojima, 2004). Tem por base geralmente o modelo geológico do local, onde se
encontram os tipos litológicos e o posicionamento das estruturas geológicas.
Atualmente, o modelo geomecânico tornou-se elemento fundamental para
análises de estabilidade de obras geotécnicas, porém sua elaboração ainda
depende da experiência do geólogo ou engenheiro geotécnico, tornando a tarefa
altamente subjetiva, na medida em que esta envolve interpretação de mapas e
seções geológicas e geotécnicas, mapeamentos de descontinuidades, estudos
hidrogeológicos, e visualização deste conjunto de informações no espaço.
Na criação de modelos geomecânicos as seguintes questões geralmente
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
são levantadas, pois dizem respeito à subjetividade da elaboração dos mesmos:
o modelo está expressando de forma exata a realidade do maciço, com relação
às posições das litologias, e aos parâmetros de resistência necessários para sua
análise de estabilidade? Que garantia existe de que um conjunto de parâmetros
adotados para um ponto será o mesmo para outro ponto do maciço? Estas
questões
estão
relacionadas
com
o
efeito
escala,
a
anisotropia,
a
homogeneidade, e outras propriedades importantes para a compreensão do
comportamento mecânico do maciço.
Para
auxílio
na
resposta
destas
questões,
diversas
ferramentas
computacionais voltadas para área de modelagem geológica e geomecânica têm
sido desenvolvidas, tendo seu começo nas áreas de exploração mineral
(mineração), e exploração de óleo e gás. Na área de mineração, a modelagem
era voltada para a busca de corpos de minério, com utilização de grandes
quantidades de dados de furos de sondagem. Já na indústria de óleo e gás, se
voltava para a representação dos reservatórios de óleo e gás, baseada em
informações de furos de sondagem e dados de sísmica.
Porém, a implementação prática destas ferramentas na área de geotecnia
dá-se de forma lenta, devido aos seguintes fatores (Hack et al., 2005):
• Em estudos de problemas geotécnicos nem sempre existem dados de
entrada em quantidade suficiente para que programas sofisticados e
caros possam oferecer ajuda efetiva. Neste caso, deve-se ter cautela,
pois a utilização de programas 3D complexos fazendo-se uso de
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
47
quantidade limitada de dados pode transformar a tarefa em subjetiva,
caindo-se novamente nas questões anteriores.
• Os programas em geral não executam todas as atividades necessárias
em um projeto geotécnico, sendo necessário o uso de um ou mais
programas, e ainda compatibilizar a saída de um com o tipo de entrada
no outro, o que muitas vezes não é uma tarefa trivial.
• A maioria dos programas de modelagem ainda não consegue
representar de forma eficiente a geologia estrutural da região estudada,
limitando-se somente à modelagem de falhas, que em geral são
estruturas de grande escala, ficando as de menor escala (ex. foliações)
excluídas do modelo, porém estas são de suma importância em
análises de estabilidade.
O trabalho de Corrêa (2001) exemplifica o problema da quantidade de
dados. Trata-se da elaboração de um modelo geológico de parte do subsolo da
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
região do Méier, bairro da cidade do Rio de Janeiro, a partir de informações de
furos
de
sondagem
(ensaios
SPT)
introduzidas
em
três
ferramentas
computacionais diferentes: WinSurf, GoCAD, ArcView. A autora comenta que os
resultados obtidos com os softwares GoCAD e ArcView foram afetados pela
quantidade de furos de sondagem, considerada insuficiente, pois os programas
realizam
interpolações
e
extrapolações
para
criação
das
superfícies
representativas das camadas de solo, e com poucos dados, as superfícies
geradas não condisseram com a realidade.
Por outro lado, existem exemplos bem sucedidos de utilização de
programas para modelagem, como se observa no trabalho de Nascimento
(2001). O autor utilizou o programa GoCAD para modelar um maciço rochoso
situado na cidade do Rio de Janeiro, chamado de Morro Dois Irmãos,
aproveitando também para representar as feições estruturais do tipo falha e o
Túnel Zuzu Angel, presentes neste maciço. Neste trabalho são citados diversos
programas para modelagem, porém a maioria destina-se à área de reservatórios,
sendo o próprio GoCAD originado para isto.
Juntamente com estas ferramentas computacionais, nos últimos anos tem
se desenvolvido de forma considerável uma área da estatística que pode ser
bastante útil nos estudos que envolvem a modelagem geológica e geomecânica
de maciços rochosos: a Geoestatística. Esta envolve aplicação de técnicas de
interpolação para estimativa de propriedades no espaço, que podem ser
justamente as informações obtidas através da caracterização de maciços,
ajudando também na busca de respostas às questões levantadas anteriormente.
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
48
2.7.
Estabilidade de Taludes
As bancadas presentes em taludes de mina são elementos que conferem
certa estabilidade aos mesmos, porém minas profundas convivem com a
possibilidade de desenvolvimento de instabilidade global. Esta situação não é
tolerada, porém rupturas de parte das bancadas são comuns, afetando pouco o
talude como um todo, mas às vezes as bancadas se apresentam estáveis e o
talude global não. Os seguintes tipos de ruptura são comuns em bancadas de
minas, podendo ocorrer em conjunto:
• Ruptura Planar;
• Ruptura Circular;
• Ruptura em Cunha;
• Ruptura por Tombamento;
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
• Ruptura por Flambagem.
Rupturas globais são aquelas que envolvem várias bancadas, ou o talude
global da mina, alcançando geralmente a profundidade máxima da cava, e
dependendo da localização, pode ter conseqüências catastróficas para o
empreendimento, como a paralisação total da mina.
Para sua previsão, é
necessária uma atenta observação dos dados de monitoramento dos
deslocamentos na mina, pois este movimento em geral é progressivo, até o
momento em que se dá a ruptura total.
Entretanto, os mecanismos deste tipo de ruptura ainda não são bem
entendidos, e Sjöberg (2000), citado em Zea & Celestino (2004), aponta para
aonde as pesquisas nesta área devem seguir: 1) conhecer as condições para
ocorrência de diferentes rupturas; 2) conhecer as condições para deflagração da
ruptura; 3) conhecer a forma e a localização da superfície de ruptura.
Um incidente deste tipo tomou forma na Mina de Águas Claras, citada por
Rojas (1995), onde a instabilidade de um talude de 240 metros desenvolveu-se
ao longo de um mês e apenas 15cm de movimento foram detectados antes do
colapso global. A causa do escorregamento foi a ruptura a compressão do
material no pé do talude, estando de acordo com o movimento descrito por
Sjöberg (1996), conhecido como “Block Flow Failure”, onde sucessivas rupturas
no pé do talude vão ocorrendo, com redistribuição das tensões para as áreas
adjacentes, perdendo assim a base de sustentação do talude e levando a
ocorrência de um dos movimentos citados acima (para bancadas) em escala
global.
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
49
Galbiatti (2006) estudou um tipo de ruptura incomum, ocorrida na Mina do
Cauê, chamada de Ruptura Oblíqua, onde uma massa rochosa deslizou sobre
direção oblíqua a do talude, tendo sido controlada por falhas nos seus limites
laterais, e um movimento de toppling veio tomando forma conforme a massa
avançava para dentro da cava. O autor apresenta o histórico do movimento e do
monitoramento da ruptura, e analisando-se estes dados à base das definições
sobre ruptura progressiva e regressiva apresentadas por Rojas (1995), concebese a idéia de que o movimento parece ter iniciado como regressivo, e
posteriormente se tornado progressivo, mas a ruptura global não foi repentina.
A análise da estabilidade de taludes, mesmo com os avanços recentes
alcançados nesta área de estudo, ainda apresenta algumas das dificuldades
específicas descritas por De Campos (1985) e reapresentadas abaixo:
• A variação espacial das propriedades do material do talude (solo ou
rocha): resistência, deformabilidade, permeabilidade, índices físicos,
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
mineralogia, grau de intemperismo, heterogeneidade, anisotropia
intrínseca ou estrutural.
• Avaliação dos mecanismos de ruptura e seus condicionantes: forma e
posição da superfície de ruptura, ruptura progressiva, velocidade de
deformação, trincas, fissuras, superfícies de fraqueza, condição de
drenagem, desenvolvimento e variação de poro-pressões positivas ou
negativas, chuvas, erosão etc.
• Avaliação do estado inicial e distribuição de tensões no talude:
intensidade e direção das tensões principais.
• Confiabilidade do modelo teórico associado ao método de cálculo
utilizado: hipóteses, problemas numéricos.
• Obtenção
experimental
de
parâmetros
do
material
do
talude
representativos das condições de campo: amostragem, dimensões de
amostras, técnicas de ensaio inadequadas ou não padronizadas,
instrumentação deficiente, condições de drenagem etc.
Porém, existem diversos métodos de análise de taludes descritos na
literatura, e atualmente a maioria encontra-se disponível em softwares, podendo
assim ser utilizados de maneira rápida e prática, se mostrando bastante
eficientes, uma vez que se tenha trabalhado com parâmetros geotécnicos
confiáveis, apesar das deficiências descritas anteriormente. Estes métodos são
divididos do seguinte modo:
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
50
• Métodos Probabilísticos: Probabilidade de Ruptura;
• Métodos Determinísticos: Fator de Segurança;
o
Equilíbrio Limite: Tabela 2.1;
o
Retroanálise;
o
Métodos Gráficos.
• Análise Tensão-Deformação;
• Análise Limite;
• Análise Cinemática (Projeção Estereográfica) (Goodman, 1989);
• Ábacos de Estabilidade.
Rojas (1995) diz que a análise por tensão-deformação é indicada para
taludes de grande altura em minas a céu aberto (acima dos 100 metros), devido
à geração de tensões elevadas e a sua constante redistribuição ao redor da
cava. Porém, os métodos baseados em Equilíbrio Limite ainda são bastante
empregados, principalmente para análise de bancadas, por serem mais simples,
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
eficientes, e os softwares para Análise Tensão-Deformação com possibilidade de
utilização para taludes ainda são onerosos. Entretanto, Rojas (1995) defende
que o ideal fosse as análises de estabilidade em taludes de grande altura serem
sempre complementadas por análises numéricas.
Tabela 2.1 – Métodos de Análise de Estabilidade por Equilíbrio Limite (De Campos,
1985).
Tipos de Superfícies de Ruptura
Tipos de
Perfis
Superfície Planar
Superfície Circular
Superfície Qualquer
Homogêneos
-
Taylor (1948)
Frohilich (1955)
-
Quaisquer
Talude Infinito
Cunhas
Talude Finito (Hoek
& Bray, 1981)
Bishop Simplificado
(1955)
Spencer (1967)
Fellenius (Fatias)
Janbu (1973)
Morgenstern-Price (1965)
Sarma (1973) (Fatias)
Sarma (1979) (Cunhas)
As seguintes considerações são feitas para aplicação dos Métodos de
Equilíbrio Limite (Massad, 2003):
• O material (solo ou rocha) se comporta como rígido-plástico, isto é,
rompe-se bruscamente, sem se deformar (a deformação do material
não é levada em conta);
• As equações de equilíbrio estático são válidas até a iminência da
ruptura, quando, na realidade o processo é dinâmico;
Caracterização e Modelagem de Maciços Rochosos de Minas a Céu Aberto
51
• O coeficiente de segurança (FS) é constante ao longo da linha de
ruptura,
isto
é,
ignoram-se
eventuais
fenômenos
de
ruptura
progressiva.
A resistência ao cisalhamento do material geralmente é descrita em termos
dos parâmetros de resistência de Mohr-Coulomb (c’ e φ’), e o Fator de
Segurança é dado pela razão entre a soma das forças resistentes ao
deslizamento e a soma das forças causadoras do deslizamento, podendo
também ser definido em termos de momentos atuantes e resistivos.
Para o cálculo do Fator de Segurança em superfícies de rupturas
circulares e quaisquer, geralmente o maciço é divido em fatias, pois assim é
possível obter o valor da tensão cisalhante atuante ao longo da superfície de
ruptura toda. Neste cálculo são levadas em conta as forças cisalhantes e
normais sobre a superfície de ruptura de cada fatia, as forças cisalhantes e
normais entre as fatias, o peso próprio da fatia, e as cargas externas atuantes no
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
topo de cada fatia. Algumas hipóteses são adotadas com relação a estes fatores
a fim de que o problema se torne estaticamente determinado, quando resolvido
através das equações de equilíbrio estático. Os métodos de análise por equilíbrio
limite diferem entre si basicamente pelas hipóteses adotadas, e são divididos
em:
• Simples: métodos onde as forças entre as fatias não são consideradas.
• Complexos: neste tipo as forças entre as fatias são consideradas nos
cálculos.
• Rigorosos: métodos onde todas as condições de equilíbrio estático são
satisfeitas.
Fellenius,
Bishop
Simplificado,
Janbu
Simplificado,
Spencer,
e
Morgenstern-Price são os mais conhecidos e utilizados, sendo o primeiro um
método do tipo simples, onde somente é avaliado o equilíbrio de momentos em
relação a um ponto. O segundo pode ser considerado do tipo complexo, pois há
equilíbrio de forças entre as fatias no eixo horizontal e equilíbrio de momentos.
Janbu Simplificado também é do tipo complexo, ocorrendo somente o equilíbrio
de forças. E os dois últimos são do tipo rigoroso, pois o equilíbrio das forças
verticais e horizontais, e os momentos são satisfeitos.
Em minas a céu aberto, geralmente adota-se o Fator de Segurança igual a
1,30 para consideração dos taludes como estáveis (Innocentini, 2003).
3
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
A mina de Morro da Mina pertencente à VALE encontra-se na fase de
operação e serve de objeto para o presente estudo, pois suas características
geométricas e geotécnicas estão presentes na cava, e a mina possui um bom
acervo de dados técnicos, onde várias das atividades pertencentes ao PGTM,
referenciadas
no
Capítulo
2,
foram
realizadas,
atendendo
assim
as
necessidades deste trabalho.
As informações apresentadas a seguir foram obtidas através de relatórios
técnicos, elaborados por empresas contratadas pela VALE para estudos
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
geotécnicos na mina, e de pesquisas bibliográficas sobre o assunto, sendo
complementadas por depoimentos dos responsáveis pela mina quando da
realização da visita técnica ao complexo da mina.
3.1.
Mina de Morro da Mina
A mina de Morro da Mina situa-se ao norte da cidade de Conselheiro
Lafaiete, no estado de Minas Gerais, conforme mostra a Figura 3.1, e possui
uma área de 425 hectares, com 6.500m² de área construída. É uma mina de
minério de manganês, e recebeu este nome porque no local existia um monte
que era conhecido assim, onde havia galerias construídas provavelmente para
pesquisar a existência de ouro no local. Atualmente pertence à VALE, sob
responsabilidade da empresa Rio Doce Manganês – RDM.
Sua exploração tem o seguinte histórico:
• 1894 – O depósito de óxido de manganês foi encontrado fora da
montanha Morro da Mina.
• 1902 – Primeiro embarque de minério de manganês para o mercado
externo (Estados Unidos).
• 1960 – A produção foi voltada para o mercado interno.
• 1970 – O minério de óxido de manganês foi esgotado na mina e houve
adaptações
carbonatado.
para exploração do minério de manganês
sílico-
53
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
• 1999 – A VALE se torna a única proprietária da mina. Até então a mina
pertencia a Sociedade Mineira de Mineração Ltda. – SMM.
• 2004 – A mina foi incorporada à Rio Doce Manganês – RDM.
Os produtos da mina de Morro da Mina estão expostos na Figura 3.2.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Comprimento: 870 m
Largura: 400 m
Profundidade: 130 m
Altura da Bancada: 10 m
Escritórios
N
Figura 3.1– Localização da Mina Morro da Mina e todo seu complexo (VALE, 2006).
a
b
Figura 3.2 – Produtos da mina (VALE, 2006). Figura a: LG13 – Minério de Manganês
Carbonatado Granulado (entre 6,30mm e 75,00mm); Figura b: LF01 – Minério de
Manganês Carbonatado Fino (6,30mm).
O minério de manganês tem diversas aplicações, e as principais são as
seguintes: fabricação de aços (exerce papel de antisulfurante e possui
propriedades desoxidantes); principalmente empregado para a obtenção de
ferromanganês
(80%
de
manganês);
empregado
na
produção
de
siliciomanganês (liga com 60-70% de manganês e uns 15-30% de silício); usado
como despolarizador em pilhas secas e empregado na obtenção de pinturas e
54
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
na descoloração de vidro (dióxido de manganês, MnO2). Além disto, o próprio
ser humano precisa consumir de 1 a 5mg deste mineral por dia.
3.2.
Geologia da Área
Em 2004, a empresa Geoexplore Consulta e Serviços Ltda. realizou um
extenso mapeamento geológico e uma análise da formação das estruturas
presentes na região do complexo da mina, atualizando e aprofundando estas
informações, pois em 2000 a empresa SBC também havia realizado um estudo
deste
tipo.
Os
resultados
obtidos
(Geoexplore,
2005)
são
descritos
resumidamente nos parágrafos e itens seguintes. Para realização de seu
trabalho, esta empresa dividiu a mina em três porções: Setor I, situado no
extremo NW; Setor II, ocupando a porção central; e Setor III, no extremo sudeste
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
da mina, conforme se observa no Anexo 1.
Atualmente, o minério explorado encontra-se na porção central da cava, e
é descrito como uma rocha sílico-carbonatada, denominada Queluzito. Esta
rocha apresenta-se compacta, com textura afanítica, tendo como minerais
principais os seguintes: Rodocrosita (MnCO3), Quartzo (SiO2), Espessartita
[Mn3Al2(Si3O12)], Rodonita (Mn3Si3O9), Tefroíta [Mn2(SiO4)], Sulfetos (pirrotita,
pirita, calcopirita e galena).
Trata-se de uma rocha originalmente sedimentar, pertencente a uma
seqüência de rochas verdes (Greenstone Belt1) que sofreu metamorfismo do tipo
dinâmico ou cataclástico. O cenário deposicional original é interpretado como o
de uma bacia de fundo oceânico, evoluída a partir de uma margem divergente e
com suposta contribuição vulcanogênica, conforme Figura 3.3.
A geometria inicial dos corpos de minério foi controlada por processos
sedimentares, principalmente fluxos de turbiditos2 e sedimentação química
(manganês, carbonato, chert) acompanhada de concentrações orgânicas
(carbono – grafita).
1
Cinturão de rochas verdes: representado por xistos máficos (ferromagnesianos)
e ultramáficos, intercalados com formações ferríferas bandadas, chert e rochas
vulcanoquímicas diversas, de baixo grau metamórfico, entre estruturas dômicas de
granitóides TTG (throndjemito-tonalito-granodiorítico).
2
Sedimentos cujo tamanho dos fragmentos varia desde conglomerado (alguns
clastos possuem vários metros de diâmetro) até as frações siltico-argilosas, com o
tamanho de grão dominante sendo o de arenito médio e fino. São comuns os turbiditos
formarem seqüências de deposição de sedimentos finos a médios, com estratificação
rítmica e gradacional, mas um turbidito pode estar representado por apenas uma
camada.
55
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Figura 3.3 – Cenário deposicional originador dos corpos de manganês (Geoexplore,
2005).
O metamorfismo do tipo dinâmico ocorre ao longo de zonas de
cisalhamento, com atuação predominante de esforços de deformação, devido à
elevação da pressão, e de acordo com o local de ocorrência, a zona de
cisalhamento recebe nome específico, e gera diversas estruturas geológicas:
• Regiões superficiais (crustais), vizinhanças de falhas, com atuação de
esforços somente mecânicos: Zona de Cisalhamento Rúptil. Causa o
fraturamento, fragmentação, cominuição das rochas do local, gerando
em estado rígido as descontinuidades físicas (juntas, falhas).
• Regiões mais profundas, com atuação de temperatura e esforços de
deformação:
Zona
de
Cisalhamento
Dúctil.
Não
causa
descontinuidades físicas, e sim estruturas geradas em estado de fluxo
plástico (foliações, lineações, dobras).
A atuação posterior deste metamorfismo se deu em três fases, chamadas
de Fases de Deformação Dn, Dn+1 e Dn+2, que deram origem ao condicionamento
geométrico-estrutural atual dos corpos de minério. As duas primeiras são as
responsáveis por modelar a geometria dos corpos mineralizados, e a última fase
causou rompimentos e deslocamentos destes corpos. As principais feições
estruturais geradas são explicadas mais adiante neste capítulo.
• Fase de Deformação Dn: primeiro estágio de deformação; possibilidade
de ter sido acompanhada de magmatismo ácido, com colocação de
corpos de granitóides na sucessão sedimentar; gerou as seguintes
estruturas: Dobramento regional Bn de eixo NW-SE subhorizontal, com
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
56
plano-axial subvertical (a área da mina se situa no flanco inverso de
uma grande dobra, com a estrutura sinformal localizada a NE, e a
antiformal a SW; parece que o transporte tectônico de massa ocorreu
de SW para NE); Mesodobras de menor ordem; Xistosidades Sn planoaxial das Dobras Bn, subvertical, ou com forte mergulho para SE;
Lineação Mineral Ln e Lineação de Estiramento Lm, com forte caimento
para SE; Boudin3 com eixo subhorizontal.
• Fase de Deformação Dn+1: ocorrência de dois estágios de deformação,
com ordem de atuação desconhecida; deu-se sob metamorfismo de
baixo grau e superposição cinemática distinta; gerou as seguintes
estruturas: Meso a Macrodobras Bn+1 com eixos subverticais, com
planos-axiais de mergulhos elevados; Zonas de Cisalhamento, com
direção NNW-SSE, e mergulhos subverticais; Clivagem de Crenulação
Sn+1 plano-axial das Dobras Bn+1 com atitudes variáveis; Lineação
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Mineral Ln e Lineação de Estiramento Lm, oblíqua, com caimentos para
NW e SE; Boudins com eixo subvertical, ou com forte caimento para
NW e SE.
• Fase de Deformação Dn+2: último estágio de deformação; fim das
deformações de caráter rúptil, ocorridas na região em condições
crustais; gerou as seguintes estruturas: falhas, marcadas por lineações
de baixa temperatura (estrias e slickensides4), fraturas e juntas.
Assim, atualmente o corpo de minério que está sendo lavrado foi
identificado como tendo forma de uma “amêndoa” verticalizada, repartido por
estruturas em forma de sigmóides, onde suas litologias têm contatos tectônicos
bruscos, principalmente por falhas e zonas de cisalhamento com as rochas
encaixantes (Figura 3.4). Desenvolveu-se segundo a direção preferencial
N50°W, com forte caimento (80° na subvertical) para sudoeste. A espessura
aparente do corpo de minério varia em torno de 100 metros. Mas ainda existem
3
Salsicha: feição ou estrutura decorrente do processo de boudinage, que consiste
no processo de deformação sofrido por camadas, bandas ou lentes mais competentes e
rúpteis que se fragmentam em forma de boudins (salsichas) ao serem estirados dentro
de material rochoso mais dúctil e que se escoa, quando o conjunto sofre esforços
compressivos ou extensionais.
4
Espelho de falha: superfície polida de rocha originada pelo atrito dos blocos de
falha ao se movimentarem. Minerais ou fragmentos mais duros provocam estrias (estrias
de falha) ou, se maiores, caneluras ou fault grooves (caneluras de falha) no plano de
falha polido e são bons indicadores cinemáticos da direção e mergulho do rejeito de
falha. O espelho formado por atrito rompe-se em ressaltos (ressaltos de falha)
perpendiculares ao do deslocamento e são indicadores do sentido deste deslocamento
dos blocos de cada lado da falha.
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
57
corpos individualizados, que seguem ao longo das zonas de cisalhamento, com
espessuras variadas, os quais foram rompidos pelos processos deformacionais
mencionados anteriormente.
Antes de o minério sílico-carbonatado ser lavrado, a mina explorava o
minério de manganês oxidado, que é composto pelos seguintes minerais:
Pirolusita (MnO2), Psilomelano [Ba Mn8 O16(OH)4], Criptomelana (KMn8O16), e
Manganita [MnO(OH)]. Este apresenta maior concentração de manganês que o
sílico-carbonatado.
Segundo a Geoexplore (2005), as principais rochas encaixantes do minério
são: Anfibolitos, Biotita Xistos Grafitosos, e Biotita-Feldspato-Quartzo Xistos.
Subordinados, ocorrem Filitos e rochas intrusivas predominantemente ácidas.
Este conjunto pertence ao Supergrupo Rio das Velhas, do Quadrilátero Ferrífero,
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
e será mais bem explicado a seguir.
Figura 3.4 – Contato tectônico do minério de manganês sílico-carbonatado com
granitóide, envolvido por um dobramento isoclinal assimétrico, em zona de cisalhamento
com biotita xisto carbonoso (Geoexplore, 2005).
58
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
3.2.1.
Litotipos da Cava
As rochas de Morro da Mina pertencem a três unidades diferentes:
1)
Rochas Metaplutônicas:
• IAF – Anfibolito: distribui-se amplamente, principalmente na porção
noroeste da cava da mina, e está representado por anfibolitos
finamente laminados. Freqüentemente ocorrem ainda tipos com
granulação mais grossa e menos foliada. Ocorre subordinado ao
biotita-feldspato-quartzo xisto de forma lenticular
ou sigmóide,
encaixada entre o biotita xisto grafitoso e o granitóide foliado.
• GD – Granodiorito: corresponde a uma estreita faixa de rocha localizada
na porção norte da cava, que se estende longitudinalmente desde o L
até NW neste maciço da mina. Apresenta-se em afloramentos muitos
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
bem preservados na superfície mediana da cava até faixas
intemperisadas de cor rósea avermelhada média no topo da cava,
estando em contato brusco sobre biotita-feldspato-quartzo xisto. Sua
coloração é cinza claro azulado, variando a cinza mais escuro e cor
bege acinzentado nas porções próximas do contato com biotitafeldspato-quartzo xisto, onde exibe uma foliação proeminente marcada
pela presença de minerais máficos na sua constituição. Possui
granulometria média a fina.
• MGD – Metagranodiorito: unidade litológica de característica máfica a
intermediária devido a seus constituintes mineralógicos. Apresenta-se
de cor cinza esverdeada a marrom esverdeada, com granulação muito
fina a fina, mas com porções de granulação média com tendência
isotrópica, que ainda preservam alguma foliação. Sua área de
ocorrência é restrita à porção noroeste da cava, em contato tectônico
com biotita xisto grafitoso e biotita-feldspato-quartzo xisto.
• GRF – Granitóide Foliado: rocha intrusiva, variável em granulometria e
composição. Mostra-se intensamente foliada, em geral acompanhando
a foliação Sn ou formando venulações discordantes e preenchendo
fraturas e zonas de fraqueza da rocha a qual está associada. A cor
varia de branco amarelada a muito branca e nas porções mais
elevadas, próximas à superfície, apresenta-se intemperisada e
caulinizada.
59
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
• G2 – Granitóide Sin-a-Tardi-Tectônico: possui textura geralmente
homogênea, isotrópica, e apresenta uma foliação muito incipiente o
que pode caracterizar esta rocha como sin-a-tardi-tectônica ou mesmo
pós-tectônica. Sua granulometria é variável entre muito fina e muito
grossa, com tendência pegmatítica. Ocorre principalmente nas zonas
de falhas e fraturas do minério de manganês sílico-carbonatado.
2)
Rochas Químicas Metassedimentares:
• MSC – Minério de Manganês Carbonatado: composição sílicocarbonática. Possui coloração cinza amarronzada, estrutura compacta
e é extremamente rígido. Apresenta-se pouco fraturado, e as
freqüentes intercalações centimétricas de biotita xisto grafitoso
condicionam
o
surgimento
de
descontinuidades
espelhadas,
normalmente subparalelas à foliação, mas também ortogonais
esporádicas. Localmente são observados veios centimétricos a
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
decimétricos de rodonita e serpentina. Reage ao ataque por HCl 1:1.
• MOX – Minério de Manganês Oxidado: duro, pesado, muito escuro,
quase esgotado na mina, localizado na porção SE da cava em forma
de finas lentes, e nas superfícies, porção NW, em contato com
granitóides intemperisados e caulinizados, biotita xistos grafitosos e
biotita xistos decompostos.
3)
Rochas Clásticas Metassedimentares (Xistos):
• XQB – Biotita-Feldspato-Quartzo Xisto: principal litologia encaixante do
corpo de minério. Pode ocorrer também como faixas intercaladas com
o minério. Possui coloração cinza esverdeada com variações de cinza
escuro a castanho amarelado nas porções mais intemperisadas,
foliação
bem
desenvolvida
(porém
normalmente
selada)
e
granulometria muito fina a fina. Observa-se localmente a presença de
cristais de granada, disseminados pela rocha ao longo dos planos de
foliação.
Sulfetos
ocorrem
também
disseminados
na
rocha,
preenchendo planos de fraturas ou como finas venulações milimétricas
ao longo da foliação. Apresenta ainda anfibólio, geralmente como ripas
longitudinais
paralelas
à
foliação.
Engloba
tipos
litológicos
subordinados que variam de Clorita Xisto (CX), Quartzito Ferruginoso
(QF), Chert (Chr), e Venulações Quartzo Feldspatos (QZ).
• XGT – Biotita Xisto Carbonoso: genericamente, descrita como Biotita
Xisto Grafitoso, é a unidade litológica que mais apresenta feições de
deformação, com estruturas de dobramento, lineamento mineral,
60
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
lineação de estiramento, zonas de cisalhamento, clivagens de
crenulação, falhas com estrias e slickensides, além da própria foliação
milonítica expressa em todos os seus afloramentos. É representada por
uma rocha de cor cinza claro a escuro, em geral parcialmente
intemperisada. Esta rocha apresenta-se intercalada em todos os
pacotes litológicos do depósito, com espessuras normalmente
centimétricas, podendo chegar a métricas.
• XGA – Biotita-Feldspato-Granada-Quartzo-Anfibólio Xisto: forma um
expressivo corpo localizado à superfície inferior da cava, nas porções
SE, L e NE. Apresenta-se deformado, formando lentes dobradas com
flancos rompidos, que se interpõem aos fragmentos de biotitafeldspato-quartzo xisto.
• FT – Filito: ocorre como uma lente de cerca de 10m de espessura no
biotita-feldspato-quartzo xisto, na parte central do setor NE. Possui
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
coloração cinza esbranquiçada, apresenta-se muito alterado e a
foliação fica pouco aparente devido ao grau de intemperismo.
Em resumo, apresentam-se os tipos litológicos segundo a sua posição em
relação às rochas do minério:
• Minérios: MSC, MOX.
• Rochas Encaixantes: XQB, XGT, IAF.
• Rochas Intrusivas: GD, MGD, GRF, G2, XGA, FT.
3.2.2.
Feições Estruturais
As principais feições estruturais presentes na mina estão organizadas na
Tabela 3.1:
Tabela 3.1 – Principais elementos estruturais presentes na mina.
Estruturas Planares
Estruturas Lineares
Bandamento Composicional S0
Lineação Mineral Ln
Xistosidade Sn
Lineação de Estiramento Lm
Clivagem de Crenulação Sn+1
Foliação Milonítica Sm em Zonas de
Cisalhamento
Falhas/Fraturas
Eixos de Boudin δn
Eixos de Dobras βn
Estrias Lef sobre Falhas
Slickensides Lsf sobre Falhas
61
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
3.2.2.1.
Bandamento Composicional S0
Interpretado como estrutura primária de natureza sedimentar a vulcanosedimentar (acamamento S0), originada durante a deposição das rochas sílicocarbonatadas. Essa feição é definida pela alternância entre leitos decimétricos a
submétricos, de composição mineral distinta, ou pela variação textural da rocha,
muitas vezes ressaltando um caráter rítmico; localmente percebem-se leitos com
gradação normal. Em geral as diversas camadas observadas revelam
geometrias de aspecto tabular e espessuras com poucas variações ao longo do
seu traçado. Porém, locais afetados por dobramento e boudin podem salientar
espessamento e/ou adelgaçamento inerente ao processo deformacional,
modificando as dimensões originais do pacote.
Seu mapeamento em cada setor não mostrou variações significativas
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
quanto à orientação espacial. Em todos os setores, S0 mostra baixa dispersão,
com tendência geral segundo NW-SE, e mergulhos subverticais a fortes para
SW. A Figura 3.5 mostra os setores com os respectivos planos médios.
Setor I: plano médio:
211°/85°
Setor II: plano médio:
220°/83°
Setor III: plano médio:
221°/83°
Figura 3.5 – Diagrama estrutural de pólos de S0 dos Setores da mina (Geoexplore,
2005).
3.2.2.2.
Xistosidade Sn
Feição penetrativa, observada em todas as rochas mapeadas na área da
mina. É bem desenvolvida nos xistos encaixantes da mineralização, onde define
uma xistosidade de cristalinidade fina a média, marcada por um arranjo planar
dos minerais micáceos e prismáticos. Nos corpos manganesíferos essa estrutura
não é perceptível na escala de amostra de mão. É menos desenvolvida ou
ausente nos granitóides félsicos. Os dados estruturais de Sn revelaram
62
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
orientações gerais semelhantes àquelas encontradas para S0, com atitudes
médias de 226°/80°, 229°/85° e 211°/82°, respectiva
mente para os Setores I, II e
III (Figura 3.6). Os mergulhos variam de subverticais a forte para SW. Apesar
disso, Sn revela uma leve variação angular maior para norte nos Setores I e II, e
para oeste no Setor III, isto é, uma disposição levemente transversal ao
bandamento composicional. Sobre a xistosidade Sn, verifica-se em vários
afloramentos a presença de uma notável lineação mineral Ln, associada ao seu
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
desenvolvimento e marcada, sobretudo pelo alongamento de cristais de biotita.
Setor I: plano médio:
226°/80°
Setor II: plano médio:
229°/85°
Setor III: plano médio:
211°/82°
Figura 3.6 – Diagrama estrutural de pólos de Sn dos Setores da mina (Geoexplore,
2005).
3.2.2.3.
Clivagem de Crenulação Sn+1
Estrutura metamórfica, planar, não penetrativa, que se desenvolve em
rochas incompetentes ou pouco plásticas ao esforço de deformação, na forma
de planos de descontinuidade física (físseis) e/ou de recristalização preferencial
de minerais metamórficos, e que se espaçam entre si em até 2cm no máximo,
paralela ou subparalelamente aos planos axiais de dobras micro a mesoscópicas
de crenulação. As "fatias" de rocha entre clivagens de crenulação chamam-se
microlitons. O distanciamento dos planos de clivagem a mais de 2cm leva a
classificá-los de fraturas ou sistema de fraturas, e se os planos se apresentarem
muito cerrados, em uma estrutura penetrativa com pouca recristalização, a
clivagem de crenulação passa a ser ardosiana, e ainda, se houver intensa
recristalização, passa a ser uma xistosidade (Figura 3.7).
Essa feição foi observada em alguns locais da mina, normalmente no
clorita xisto e no biotita xisto carbonoso. Ocorrem associadas com zonas de
maiores magnitudes de deformação, porém por apresentar orientações diversas
não foi possível estabelecer o seu real significado. Algumas vezes, percebe-se
63
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
apenas lineações de crenulação, sem planos associados, e algumas
concentrações coincidem com os eixos de boudin e de dobramento.
Figura 3.7 – Exemplos de Clivagem de Crenulação. Figura a: clivagem de crenulação
observada na zona de charneira de uma dobra maior (as dobras nos microlitons são
simétricas); Figura b: clivagem de crenulação observada num flanco de uma dobra maior
(as microdobras são assimétricas).
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
3.2.2.4.
Foliação Milonítica Sm em Zonas de Cisalhamento
Estas zonas foram de extrema importância na configuração dos corpos
mineralizados de manganês. Apresentam-se com portes diversificados, com
espessuras variáveis de milimétricas a métricas, ou ainda visíveis somente ao
microscópio. As zonas mais marcantes são aquelas que apresentam orientação
levemente
transversal
ao
trend
principal,
NNW-SSE,
desenvolvidas
principalmente no Setor II (Anexo 1).
Nestas zonas, percebem-se processos de milonitização, marcada pela
intensificação da xistosidade que passa para uma foliação de caráter milonítico
(Sm). No interior dessas zonas sigmóides de rocha e de foliação há, além de
lineação de estiramento e boudins, porfiroblastos rompidos ou estirados,
simétricos, notadamente formando “sombras de pressão” em suas caudas
(Figura 3.8). Os corpos mineralizados afetados pelas zonas de cisalhamento
adquirem
formas
amendoadas
ou
sigmoidais,
com
espessamento
e
prolongamento em seu comprimento. Os eixos de dobras apresentam
orientações subparalelas a lineação de estiramento (Lm).
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
64
Figura 3.8 – Zona de Cisalhamento em biotita-feldspato-quartzo xisto, com porfiroblastos
estirados e sombras de pressão em sua cauda (Geoexplore, 2005).
3.2.2.5.
Falhas/Fraturas
Algumas famílias de falhas (transcorrentes) e fraturas são encontradas na
cava da mina, e a família com maior densidade de falha/fratura (Setor II)
apresenta o seu desenvolvimento subparalelo ao bandamento S0 e às
superfícies de xistosidade Sn, entretanto alguns conjuntos transversais também
estão presentes (Figura 3.9, Anexo 1 e Anexo 2). Os Setores I e II da mina
apresentam maior densidade de fraturamento. No primeiro domina uma família
com orientação NW e mergulho forte para NE. No Setor II domina uma família
com orientação NW e mergulho forte para SW (Figura 3.10). Sobre os planos
das falhas percebem-se estrias ou slickensides (Figura 3.11), indicando a
direção de cisalhamento; os degraus (steps) sobre alguns planos indicam o
sentido de cisalhamento.
65
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
Figura 3.9 – Estilo de falhamento oblíquo em Zona de Cisalhamento, no biotita xisto
grafitoso (Geoexplore, 2005).
Setor I: planos médios:
159°/80° e 79°/69°
Setor II: planos médios:
231°/80° e 259°/64°
Setor III: planos médios:
220°/88° e 14°/88°
Figura 3.10 – Diagramas estruturais de planos de falhas para os setores da mina
(Geoexplore, 2005).
Figura 3.11 – Exemplo de slickenside. O bloco que assenta sobre a superfície observada
deslocou-se da esquerda para a direita, relativamente ao bloco inferior. A seta indica o
sentido do bloco de cima.
66
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
3.2.2.6.
Eixos de Boudin δn
As estruturas do tipo boudin são bem evidentes nas rochas da cava,
moldando
inclusive
as
camadas
mineralizadas
em
manganês.
Foram
constatadas duas orientações distintas de boudinage, provavelmente associadas
a fases de deformações e dobramentos superpostas. A família de boudinage d1
revela lineações subhorizontais ou com baixo caimento para NW, ao passo que
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
a família d2 mostra eixos subverticais.
Figura 3. 12 – Exemplos de Boudin. À esquerda: exemplo geral de boudin. À direita:
Formas de boudinage em biotita xisto grafitoso – Mina de Morro da Mina (Geoexplore,
2005).
3.2.2.7.
Eixos de Dobras βn
As rochas da cava se caracterizam por apresentarem-se intensamente
dobradas em várias escalas, mostrando diversos estilos de dobramentos.
Evidências fornecidas pela relação clivagem/acamamento revelam tratar-se de
dobras cerradas a isoclinais, subhorizontais e com plano-axial subvertical. Ao
longo dos três setores estruturais da mina, foram verificadas dobras de menor
ordem, desenvolvida sobre os estratos primários das rochas sedimentares, com
baixa freqüência e dimensões variando de decímetros até alguns metros,
remontando outras fases de dobramento. Essas dobras variam de abertas a
fechadas e apresentam eixos subverticais ou com caimentos fortes a
moderados.
O Anexo 3 apresenta o mapa geológico da mina Morro da Mina,
identificando os principais tipos litológicos e estruturais, e o Anexo 4 apresenta
todas as estruturas presentes na mina.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
67
Figura 3.13 – Em planta, dobramento isoclinal simétrico com eixos verticalizados
(Geoexplore, 2005).
3.3.
Modelagem Geomecânica e Hidrogeológica da Mina
3.3.1.
Investigações Geotécnicas da Área da Cava
Embora a mina esteja em operação desde o século IXX, o primeiro estudo
geotécnico foi realizado em 1974, pela empresa Geotécnica Ltda. Este teve um
caráter preliminar e a definição das inclinações dos taludes foi feita com base na
experiência da empresa. Na época, não foram realizadas as seguintes atividades
que hoje são indispensáveis para um estudo geotécnico em uma mina: estudos
geológicos específicos, definição de setores na cava, realização de ensaios de
laboratório, sondagens geotécnicas, e análises de estabilidade.
Entre 1987 e 1993 foram realizados mais de 1.800 metros de sondagens
rotativas, e em 1993 foi realizado pela própria SMM um estudo de reavaliação
das reservas de minério sílico-carbonatado, baseado num mapeamento de
superfície e nestes metros de sondagem. Seções geológicas foram geradas a
partir destas informações, porém o mapeamento geológico até a época não
possuía informações geomecânicas e as descrições dos testemunhos não
seguiram uma sistemática padronizada.
68
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
Em 2000, a empresa Sérgio Brito Consultoria Ltda. foi contratada pela
SMM para realização de estudo geomecânico, com realização de trabalhos de
campo de mapeamento lito-estrutural e geomecânico de superfície, e análises de
estabilidade. A empresa utilizou as informações coletadas em campo e as
descrições das sondagens existentes para propor um modelo geomecânico em
profundidade,
porém
para
uma
boa
extrapolação
destes
dados
para
profundidade seriam necessárias mais sondagens rotativas, o que foi proposto
na época pela empresa. Neste período, a empresa MDGEO Ltda. foi contratada
para realizar um estudo hidrogeológico na mina, logo, para realização das
análises de estabilidade foram elaboradas hipóteses com relação ao nível d’água
nos taludes.
No ano de 2002, a empresa SBC foi contratada novamente para
elaboração de modelo geomecânico, e desta vez, com foco em uma possível
mineração subterrânea, devido a cava estar se aprofundando e os taludes
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
opostos tenderem a se convergir no centro, não restando assim espaço para os
equipamentos, portanto, antes desta situação tomar forma, elaborou-se este
estudo. Novamente, mais de 1.800 metros de sondagem rotativa foram
realizados (11 furos – Campanha 2002), com o objetivo principal de se aferir a
continuidade do corpo de minério em profundidade, e a descrição dos mesmos
foi realizada pela própria SBC.
Foram levantados dos furos os seguintes dados geotécnicos: Litologia,
Descontinuidade Principal, Grau de Consistência, RQD, e os Índices de
Influência do Sistema de Classificação de Barton et al. (1974) (Jn, Jr, Ja, Jw,
SRF). A partir destas informações, a SBC classificou os trechos dos
testemunhos através deste sistema, utilizou a correlação entre o valor de Q e
RMR, proposta por Bieniawski (1976), para calcular o valor de RMR e classificar
com base neste sistema também, e extrapolou as classes para o maciço da
cava, o que auxiliou no dimensionamento da mina subterrânea.
Também foram realizados alguns ensaios de laboratório em corpos de
prova de rocha intacta, obtidos de testemunhos de sondagem e/ou extraídos de
blocos (minério). Estes foram submetidos a ensaios de compressão uniaxial e
diametral (tração indireta). Com o primeiro tipo de ensaio foi obtida, para alguns
tipos litológicos, a resistência à compressão simples (σci) e o módulo de
elasticidade tangente (estático) a 40% do valor de σci. Com o segundo, obtevese a resistência à tração (σt). Algumas orientações de xistosidade em relação à
carga aplicada foram ensaiadas. Porém, não foram realizados ensaios para se
obter a coesão efetiva (c’) e ângulo de atrito efetivo (φ’).
69
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
Em 2003, uma nova campanha de sondagens rotativas foi executada e os
testemunhos foram descritos mais uma vez pela empresa contratada em 2002
(18 furos). Esta campanha objetivou estimar as reservas de minério e o
aperfeiçoamento do modelo geológico/geomecânico. Realizou-se uma nova
classificação dos maciços da mina, a partir das informações obtidas dos
testemunhos (mesmas da campanha de 2002), e assim atualizou-se o modelo
geomecânico da mina em profundidade.
Outras campanhas de sondagens foram executadas em 2004 e 2005,
porém com o objetivo principal de estimar as reservas minerais, e os furos foram
descritos novamente pela SBC, seguindo o padrão anterior. A Tabela 3.2 resume
todas as campanhas realizadas na mina ao longo dos anos, e a Figura 3.14
mostra a posição dos 39 furos utilizados. Uma tabela com a locação destes
encontra-se no Anexo 5.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Tabela 3.2 – Resumo das sondagens rotativas.
15,4
Furos
Utilizados
-
Comprimento
Utilizado (m)
-
9,3
11
1.835,63
18
39,0
16
4.295,55
2.399,85
8
20,3
-
-
2005
1.891,10
13
16,0
12
1.671,95
Total
11.823,22
78
100
39
7.803,13
Campanhas
Comprimento (m)
Furos
%
1987 - 1993
1.817,01
28
2002
1.835,63
11
2003
4.616,10
2004
Figura 3.14 – Posição dos 39 furos de sondagem efetivamente usados, em relação à
mina.
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
70
Para realização do presente trabalho, obtiveram-se os dados da descrição
das Campanhas de 2002, 2003, e 2005. Porém, dois furos da campanha de
2003 não foram utilizados, pois um se encontrava fora da região modelada, e a
descrição do segundo não estava completa, e não foi obtida a descrição de um
furo da campanha de 2005.
3.3.2.
Setorização Geomecânica do Maciço da Cava
No estudo realizado em 2000 pela SBC (SBC, 2001), a cava foi dividida
em quatro setores (Tabela 3.3), com base na orientação dominante dos taludes,
contornando a cava no sentido horário, de sudoeste para nordeste.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Tabela 3.3 – Setorização adotada em 2000 pela SBC (SBC, 2001).
Setor
Direção Dominante
SW1
N73°W, com inclinação para nordeste
SW2
N50°W, com inclinação para nordeste
NW
N14°E, com inclinação para sudeste
NE
N50°W, com inclinação para sudoeste
Conforme já mencionado no item 3.2, em 2004, a empresa Geoexplore
(Geoexplore, 2005) foi contratada para realizar mapeamento geológico e análise
estrutural da região da cava da mina de Morro da Mina, com a finalidade de
compreender os processos que deram origem à conformação atual dos corpos
de minério, e às estruturas geológicas presentes. Para isto, a mina foi dividida
em três setores estruturais para auxílio na visualização do comportamento da
deformação ao longo do trend estrutural, no qual se encontram os corpos
mineralizados.
Entretanto, no presente trabalho adotou-se a setorização elaborada pela
SBC (2001), pois esta foi criada para fins de estudos geotécnicos, auxiliando nas
análises de estabilidade dos taludes da cava realizadas pela própria empresa, e
nas elaboradas como parte deste trabalho, onde se levou em conta as
informações atualizadas sobre a geologia estrutural, obtidas dos levantamentos
da Geoexplore (2005). Também se pretendeu com isto comparar os resultados
alcançados com os obtidos pela SBC (2001).
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
71
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Figura 3.15 – Setorizações da mina: Geoexplore (2005) – Setores I, II e III; SBC (2001) –
Setores SW1, SW2, NW e NE.
3.3.3.
Parâmetros Geomecânicos
3.3.3.1.
Caracterização
A caracterização geomecânica do maciço rochoso deu-se através da
descrição dos testemunhos de sondagem, com utilização de metodologia
elaborada pela SBC (2004), onde os seguintes parâmetros foram avaliados:
Grau de Resistência, Grau de Consistência ou Coerência, Grau de Alteração,
Condição das Descontinuidades, e RQD, e através da aplicação dos sistemas de
classificação de Barton et al. (1974) e Bieniawski (1976).
Como não foram realizados ensaios de laboratório em todos os tipos
rochosos da mina (somente em 3 tipos e o minério), o valor da resistência destes
foi estimada seguindo o procedimento adotado pela SBC (2004) para
caracterização, e os resultados existentes serviram como balizadores dos
estimados.
A SBC (2004) relacionou a tabela de resistência da ISRM (1978)
(modificada, com as classes variando de R1 a R7, ao invés de R0 a R6) com o
grau de consistência, ou coerência (baseado na tabela encontrada em Serra Jr.
& Ojima (2004), porém, variando de C5 a C1). Este foi determinado por meio da
apreciação táctil-visual da rocha com utilização de martelo de geólogo, canivete,
e unha, para avaliação da resistência ao impacto, resistência ao risco, e
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
72
friabilidade. Em alguns furos, a classificação foi de acordo com a nomenclatura
da ISRM (1978) (R1-R7), e em outros, foi de acordo com a de grau de
consistência (C5-C1), e classes intermediárias, do tipo R5/R4 ou C1/C2 foram
utilizadas também. A partir da tabela da ISRM (1978) e da correlação
apresentada na Tabela 3.4, foram estimados os valores da Resistência à
Compressão Uniaxial σci para as rochas da mina.
Porém, observou-se nas descrições a ocorrência da litologia Xisto
classificada como R7, e na prática, dificilmente esta litologia alcança a
resistência de mais de 200 MPa. Logo, foram criadas tabelas separadas para
cada tipo rochoso, com os respectivos graus de consistência e resistência
avaliados nas descrições, e os valores de resistência estimados para aquele
grau (no próximo subcapítulo são apresentadas as tabelas resumo, com os
valores estimados). Onde ocorreu o grau máximo (R7 ou C1), adotou-se o valor
máximo comumente encontrado para aquela litologia, de acordo com os limites
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
apresentados por Vaz (1996) (Figura 2.4 – Capítulo 2), não necessariamente
igual ao valor que acusa na tabela da ISRM (1978), pois cada tipo de rocha tem
uma faixa de variação do valor de sua resistência.
Devido à complexidade da geologia do maciço da mina, foi necessária a
adoção de algumas simplificações com relação à descrição das litologias nos
furos de sondagem para facilitar as etapas seguintes do presente trabalho:
• Os poucos trechos onde ocorria o Quartzito foram considerados como
sendo XQB, pois ocorre subordinado a este (níveis de espessura
centimétrica), segundo Geoexplore (2005);
• Fez-se o mesmo com os trechos de Veios de Rodonita, sendo
considerados como MSC, pois este mineral é constituinte do MSC;
• Os Granitos, Granitóides (G2), Granodioritos e Metagranodioritos foram
englobados numa única litologia, IGT, pois são todas rochas intrusivas
e pertencentes a mesma família (rochas graníticas);
• Nos trechos onde a descrição apresentava duas ou mais litologias
juntas (ex. XQB+IGT), foi assumida a existência de só uma delas (a
primeira que aparecia na seqüência);
• O Solo aterro e o Solo saprolítico foram considerados apenas Solo.
O grau de alteração não foi apresentado de forma direta, por meio de uma
classificação em classes de alteração baseada na avaliação macroscópica das
características petrográficas da rocha dos trechos de testemunhos, e sim através
de uma correlação com a resistência (Error! Reference source not found.),
73
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
explicada em detalhes no trabalho de Vaz (1996), pois na prática observa-se
decréscimo da resistência com o aumento do grau de intemperismo.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Tabela 3.4 – Correlação entre os Graus de Resistência, Consistência, e Alteração
(baseado em SBC (2004)).
Consistência/
Coerência
Classes de
Resistência
(ISRM, 1978)
(SBC)
Descrição (ISRM, 1978)
R7
Extremamente Resistente
> 250
R6
Muito Resistente
100 - 250
R5
Resistente
50 - 100
C2
R4
Mediamente Resistente
25 - 50
C3
R3
Branda
5 - 25
C4
R2
Muito Branda
1-5
R1
Extremamente Branda
0,25 - 1
Grupos de
Rocha
Intacta (Vaz,
1996)
σci (Vaz, 1996 - MPa)
(Rocha Intacta)
Classes de
Alteração que
podem estar
presentes
(Vaz, 1996)
Dura
> 100
R1, R2, R3, S2
σci (ISRM, 1978 MPa) (Rocha
Intacta)
ABGE (SBC)
C1
C5
σci (Vaz, 1996 MPa) (Limites
entre as Classes
de Alteração)
> 30
Média
30 - 100
(R1), R2, R3, S2
Branda
10 - 30
(R2), R3, S2
10 - 30
Muito Branda
2 - 10
R3, S2
2 - 10
Solo
0,50 - 2
S2
0,50 - 2
Para avaliação das condições das descontinuidades, foram utilizados os
índices de influência Jn, Jr, e Ja, do Sistema de Classificação de Barton, sendo
estes relacionados à rugosidade e alteração das paredes das descontinuidades.
Com estes índices e o valor de Jw, SRF e RQD, calculou-se o índice de
qualidade Q do sistema de Barton et al. (1974) para os trechos de testemunhos.
Geralmente, nos intervalos onde ocorreu classe de resistência ou consistência
menor que R3 ou C4, o RQD não era calculado, e o valor de 10% era assumido
para aquele trecho, porém houve intervalos com estas classes onde o RQD foi
calculado, e outros de outras classes com RQD assumido igual a 10%. O valor
do índice de qualidade RMR foi calculado por meio da correlação com o índice
Q, elaborada por Bieniawski (1976) e apresentada no Capítulo 2.
74
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
O Furo 05-01 encontra-se no Anexo 6 como exemplo típico dos 39 furos
utilizados no presente trabalho.
3.3.3.2.
Resistência
Os parâmetros de resistência c’ (coesão efetiva) e φ’ (ângulo de atrito
efetivo) foram estimados a partir dos programas RocData 4.0 e RocProp, da
Rocscience, com utilização do Critério de Ruptura de Hoek-Brown Generalizado
(Hoek et al., 2002), pois o maciço da mina apresenta-se bastante fraturado. Os
parâmetros apresentados pela empresa SBC em seu relatório (SBC, 2001),
oriundos da sua experiência com maciços de características geológicogeotécnicas semelhantes, e de pesquisa bibliográfica, serviram como base para
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
avaliação dos resultados obtidos nestes programas (Tabela 3.5).
Tabela 3.5 – Parâmetros de Resistência estimados por SBC (2001).
Consistência
C6
C5
C4
C3
C2
C1
c’ (KPa)
IAF
γ (KPa)
18,00
40,00
φ’ (°)
32,00
Litologia
Litologia Atual
Anfibolito
Granito
IGT
18,00
40,00
30,00
Xisto Grafitoso
XGT
18,00
20,00
25,00
Filito
FL
21,00
50,00
30,00
Xisto
XQB
20,00
40,00
30,00
Xisto Biotítico
XGA
20,00
40,00
30,00
Xisto Grafitoso
XGT
19,00
40,00
28,00
Granito
IGT
23,00
70,00
35,00
Xisto
XQB
21,00
50,00
33,00
Anfibolito
IAF
27,00
100,00
37,00
Filito
FL
23,00
80,00
35,00
Granito
IGT
25,00
150,00
37,00
Xisto
XQB
25,00
100,00
35,00
Xisto Grafitoso
XGT
23,00
100,00
35,00
Anfibolito
IAF
28,00
200,00
43,00
Filito
FL
26,00
200,00
43,00
Granito
IGT
26,00
200,00
43,00
Xisto
XQB
26,00
200,00
43,00
Xisto Biotítico
XGA
26,00
200,00
43,00
Xisto Grafitoso
XGT
26,00
200,00
43,00
Minério
MSC
36,10
200,00
43,00
Granito
IGT
26,00
200,00
43,00
75
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
Para utilização do Critério de Hoek-Brown Generalizado são necessários
os seguintes dados de entrada: σci (Resistência a Compressão Uniaxial da
Rocha Intacta), GSI (“Geological Strength Index”), mi (Constante do material, ou
petrográfica, da rocha intacta), D (“Fator de Perturbação” do maciço), MR (Índice
de Módulo), γ (Peso Específico da rocha), H (Altura do talude).
A resistência à compressão σci foi estimada de acordo com o explicado no
item anterior. Para adoção do valor de GSI, levou-se em conta as descrições dos
furos de sondagem, fotos dos taludes da mina, e fotos dos testemunhos de
sondagem, pois este índice é baseado na avaliação visual da litologia,
estruturas, e condições da superfície das descontinuidades no maciço rochoso
(Marinos et al., 2005), assim, elaborou-se uma correlação entre as colunas do
item “Condições da Superfície”, nas tabelas de GSI utilizadas pelo programa
RocData 4.0 (Figuras 2.5 e 2.6 – Capítulo 2), com os graus de consistência e
Tabela 3.6 – Correlações para adoção do valor de GSI.
GSI
Classes
de
Alteração
(Vaz, 1996)
Estrutura: em função da
Litologia e da Resistência
IGT,
MSC
XGT, XQB,
XGA, IAF,
GRF
FT
FLYSCH/ desenho H
Grupos
de
Rocha
(Vaz, 1996)
FRATURADA/ PERTURBADA/
”COSTURADA”
ABGE
(SBC)
MUITO FRATURADA
ISRM
(1978)
(SBC)
Condições da
Superfície
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
resistência da SBC e ISRM (1978), conforme a Tabela 3.6.
R7
R7/R6
C1
R6
R6/R5
C1/C2
R5
C2
R5/R4
C2/C3
R4
C3
R4/R3
C3/C4
R3
C4
R3/R2
C4/C5
R2
R2/R1
C5
Dura
R1 (RS)
MUITO
BOA
Branda
R2 (RAD)
BOA
Muito
Branda
R3 (RAM)
RAZOÁVEL
Solo
S2 (SA)
POBRE
Média
R1
Logo, à medida que o grau de consistência ou resistência decresce, o valor
de GSI, e os dados de entrada mi, MR, γ, foram considerados decrescentes
também. Os valores de Peso Específico (γ) foram assumidos com auxílio do
programa RocProp, que consiste em um banco de dados com informações de
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
76
ensaios em rochas de diversas partes do mundo, e de pesquisa bibliográfica
(Castro, 2005; SBC, 2001). Assumiu-se ainda o valor de D igual a 1,0,
(considerando o maciço rochoso muito agredido pelo processo de escavação
com explosivo), e a altura do talude de 100m (altura média).
Desta forma, obtiveram-se os parâmetros de resistência apresentados na
Tabela 3.7. Os seguintes dados também são estimados pelo Critério de HoekBrown Generalizado: σ'3max (Tensão Principal Menor Máxima Efetiva); σt
(Resistência à Tração do Maciço Rochoso); σc (Resistência à Compressão
Uniaxial do Maciço Rochoso); σ’cm (Resistência à Compressão Global do Maciço
Rochoso); Em (Módulo de Deformação do Maciço Rochoso); mb (Valor reduzido
da constante petrográfica mi, para o maciço rochoso); s, a (Constantes que
dependem das características do maciço rochoso).
Lito.
Consistência/
Coerência
IGT - Granitóide
C1/C2
C2
C2/C3
C3
-
XGT - Biotita Xisto
Grafitoso (Carbonoso)
C1
C1
C2
C2/C3
C3
C4/C5
FT Filito
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Tabela 3.7 – Parâmetros de Resistência para as principais litologias da Mina.
-
-
Resistência
R7
R7/R6
R6
R6/R5
R5
R5/R4
R4
R4/R3
R3
R3/R2
R2
R1
R7/R6
R6
R5
R5/R4
R4
R4/R3
R3
R2
R1
R5
R2
R1
Principais Dados de Entrada e Saída
c'
σci
γ
φ' (°)
3
(MPa)
(MPa)
(MN/m )
250,00
0,026
1,74
58,10
212,50
0,026
1,59
57,14
175,00
0,026
1,44
55,96
125,00
0,026
1,22
53,82
75,00
0,026
0,97
50,35
56,25
0,025
0,84
48,59
37,50
0,025
0,71
45,62
26,25
0,024
0,46
37,70
15,00
0,023
0,36
33,73
9,00
0,022
0,20
23,82
3,00
0,020
0,12
17,60
0,63
0,019
0,04
7,89
87,50
0,026
0,82
41,40
75,00
0,026
0,75
40,29
50,00
0,026
0,60
37,32
43,75
0,025
0,55
36,62
37,50
0,023
0,49
36,09
26,25
0,022
0,28
27,34
15,00
0,021
0,21
23,79
9,00
0,020
0,10
14,65
3,00
0,019
0,06
10,11
0,63
0,019
0,02
4,15
40,00
0,026
0,06
8,42
3,00
0,021
0,01
2,86
0,63
0,019
0,01
1,58
77
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
Consistência/
Coerência
C1
C2
C3
-
Solo
XQB - Biotita-Feldspato-Quartzo
Xisto
GRF Granitóide
Foliado
XGA - BiotitaFeldspato-GranadaQuartzo-Anfibólio
Xisto
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
MSC - Minério
SílicoCarbonatado
Lito.
IAF - Anfibolito
Tabela 3.7 – Parâmetros de Resistência para as principais litologias da Mina
(Continuação).
Resistência
Principais Dados de Entrada e Saída
c'
γ
σci
φ' (°)
3
(MPa)
(MPa)
(MN/m )
100,00
0,028
1,11
50,50
75,00
0,028
0,98
48,48
37,50
0,027
0,71
43,65
26,25
0,025
0,41
34,13
15,00
0,022
0,30
30,87
9,00
0,020
0,16
21,54
1,81
0,018
0,05
10,03
187,50
0,036
2,45
56,39
175,00
0,036
2,35
55,99
125,00
0,035
1,91
54,12
75,00
0,034
1,44
50,98
37,50
0,033
1,02
46,30
3,00
0,030
0,25
22,37
10,00
0,016
0,05
35,00
6,00
0,016
0,04
33,00
3,00
0,015
0,04
32,00
0,63
0,015
0,03
30,00
155,00
0,027
1,24
45,59
130,00
0,027
1,11
44,41
102,50
0,026
0,94
43,04
75,00
0,026
0,78
40,83
56,25
0,025
0,66
39,03
37,50
0,024
0,52
36,34
26,25
0,023
0,28
26,46
C1/C2
C2
C2/C3
C3
C3/C4
R6
R5
R4/R3
R3
R3/R2
R2/R1
R7/R6
R6
R5
R4
R2
R5
R3
R2
R1
R7/R6
R6
R6/R5
R5
R5/R4
R4
R4/R3
-
R3
15,00
0,021
0,20
23,26
-
R3/R2
9,00
0,020
0,10
14,65
-
R2
3,00
0,019
0,06
10,11
-
R2/R1
1,81
0,019
0,03
6,10
-
R1
R5
R4
R3
R3/R2
R2
R1
0,63
75,00
37,50
15,00
9,00
3,00
0,63
0,019
0,026
0,025
0,023
0,022
0,020
0,019
0,02
0,94
0,69
0,33
0,19
0,11
0,03
4,01
49,82
45,06
31,96
22,22
16,29
6,63
-
R6/R5
87,50
0,026
0,81
40,55
-
R5
75,00
0,026
0,74
39,44
-
R4
37,50
0,023
0,48
35,27
-
R3
15,00
0,021
0,20
23,02
-
R1
0,63
0,019
0,02
3,80
C1
C1/C2
C2
C1
78
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
Comparando-se os valores dos parâmetros adotados pela SBC com os
obtidos pelo critério de ruptura observou-se que os valores de φ’ estão coerentes
com os que a SBC assumiu para realização de suas análises de estabilidade,
porém os valores de c’ gerados foram maiores que os da SBC.
Ao estimar valores para GSI percebeu-se que este índice influencia
bastante nos resultados de c’ e φ’, pois participa nos cálculos de mb, s, e a, que
são parâmetros do Critério de Hoek-Brown Generalizado utilizados para estimar
os parâmetros de Mohr-Coulomb, logo, exigiu-se bastante cautela para adoção
deste dado de entrada, e ainda assim, os valores adotados podem não ser os
ideais, devido aos resultados de c’ apresentarem-se menos conservadores que
os da SBC.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
3.3.4.
Ocorrência de Intemperismo
Observou-se que o processo intempérico atua nas rochas da região da
cava a partir da superfície do terreno para o interior do maciço, como é mais
comum. A decomposição atinge maiores profundidades em direção ao sul da
cava. Como resultado, o setor SW apresenta-se mais alterado que o setor NE
quando em mesma cota (Figura 3.16). O mesmo acontece com o lado SE da
mina em relação ao setor NW (Figura 3.17).
N
NW
NE
O
E
SW
S
SE
Figura 3.16 – Visualização dos taludes da cava com as direções cardeais e colaterais
aproximadas (Vale, 2006).
79
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
SE
SW
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
NE
Figura 3.17 – Visualização dos taludes da cava com as direções colaterais aproximadas
(Vale, 2006).
3.3.5.
Investigações Hidrogeológicas da Área da Cava
Conforme mencionado anteriormente, no ano de 2000, a empresa MDGEO
Ltda. realizou estudos para elaboração do modelo hidrogeológico físico
conceitual da mina. As seguintes atividades foram executadas: compilação dos
dados de geologia, levantamentos dos pontos d'água, dos dados hidroquímicos,
e dos sistemas aqüíferos, e ensaio de bombeamento. Entretanto, não houve
uma investigação dos níveis d’água, através de um sistema de monitoramento
piezométrico.
3.3.5.1.
Inventário dos Pontos D'Água
Dentre os pontos inventariados, destacam-se as nascentes NA10, NA11,
NA12 e NA13, que se situam na área de lavra da mina (Figura 3.18). As
nascentes NA10 e NA11 relacionam-se ao fraturamento do Granodiorito
(considerado encaixante pela MDGEO Ltda.), enquanto as nascentes NA12 e
NA13 ao minério de manganês. Outros pontos d’água foram levantados no
entorno da mina, sendo chamados de: Nascentes de depósito de tálus, de solos
e manto de alteração, de pilhas de estéril e aterros, e de barragens.
80
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
Figura 3.18 – Visualização da posição das nascentes na cava da mina.
A Tabela 3.8 apresenta as coordenadas destas nascentes, suas cotas, e a
vazão estimada visualmente. Percebe-se o elevado gradiente hidráulico
existente entre as nascentes das encaixantes com as do minério.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Tabela 3.8 – Coordenadas, cotas e vazões das nascentes da cava da mina.
Coordenadas UTM (m)
Nascente
Encaixante
Minério
Cota (m)
Vazão (L/s)
7.717.900
990
0,10
628.139
7.717.972
950
0,10
NA12
628.195
7.717.895
925
1,00
NA13
628.361
7.717.780
920
1,00
E-W
N-S
NA10
628.340
NA11
3.3.5.2.
Análise Hidroquímica
Durante o levantamento dos pontos d'água foram medidos os parâmetros
físico-químicos de todos os pontos inventariados. A Tabela 3.9 descreve os
valores medidos nas nascentes da área de lavra da Mina.
Tabela 3.9 – Parâmetros físico-químicos das nascentes da cava da mina.
Cond. (µS/cm)
pH
Eh
Cota (m)
NA10
149
6,59
253
990
NA11
208
7,02
204
950
NA12
485
7,23
176
925
NA13
1458
6,81
5
920
As nascentes relacionadas ao minério de manganês apresentam
condutividade elétrica bem superior às nascentes das rochas encaixantes. Isto
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
81
indica uma maior interação água/rocha do minério, que apresenta carbonatos em
sua constituição. O pH (Potencial Hidrogeniônico) das nascentes da cava situase numa mesma faixa, entre 6,50 a 7,50. O Eh (Potencial de Oxirredução),
entretanto, decresce para as nascentes com cotas mais baixas. Tal fato atesta
para um maior isolamento das águas surgentes nas nascentes mais profundas
da atmosfera, ou um maior tempo de residência dessas águas na rocha.
3.3.5.3.
Sistemas Aqüíferos
• Aqüíferos Fraturados:
A cava da mina Morro da Mina está inserida dentro de um sistema aquífero
do tipo fraturado. As descontinuidades das rochas são os principais elementos
responsáveis pelas propriedades hidrodinâmicas deste aquífero. Englobam-se
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
neste sistema aqüífero, as rochas sílico-carbonáticas do minério de manganês e
suas encaixantes, tais como: anfibolitos e xistos, todos fraturados.
Aparentemente, o minério apresenta uma maior quantidade de fraturas
abertas, o que permite a definição de uma unidade aqüífera distinta para este,
que é denominada de "Unidade Aqüífera do Minério". As demais rochas são
designadas como "Unidade Aqüífera das Encaixantes".
Outra diferenciação dessas unidades pode ser feita pela hidroquímica. A
Unidade Aqüífera do Minério permite uma boa interação água/rocha, resultando
em água com alta salinidade, diferindo da Unidade Aqüífera das Encaixantes,
com menor salinidade.
• Coberturas
As coberturas rochosas aparentemente não representam um sistema
aqüífero. Estão presentes por todo o entorno da mina, sendo representadas
principalmente por depósitos de tálus e pelo manto de alteração das rochas
(solos). Tratam-se, em geral, de meios bastante porosos e com boa capacidade
de armazenamento. Os depósitos de tálus apresentam também condutividade
hidráulica elevada. Já nos solos, a presença de material argiloso, tende a
diminuir sua condutividade hidráulica.
Essas coberturas apresentam, no entanto, uma pequena distribuição
espacial, restringindo-se às porções superficiais do terreno. Formam então,
zonas aqüíferas bem superficiais, sendo, por isto, comumente referidos como
Aqüíferos Rasos.
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
82
Os Aqüíferos Rasos são responsáveis pela geração de nascentes d'água,
que apresentam como característica a alta variabilidade sazonal de suas
descargas. Trata-se de águas com pouco tempo de residência no solo, que
representam a parcela de escoamento subsuperficial ou hipodérmico.
3.3.6.
Parâmetros Hidrodinâmicos
Características hidrodinâmicas do sistema aqüífero da mina foram obtidas
por meio de ensaio de bombeamento realizado em um poço no interior da cava,
chamado Poço 02. Realizaram-se medidas das variações dos níveis d'água em
três pontos de observações, além do próprio poço. O bombeamento teve a
duração de 24 horas, sendo monitorado o rebaixamento e a recuperação dos
níveis d'água.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
O Poço 02 situa-se bem próximo à principal área de lavra da mina. Sua
profundidade total é de 50 metros, com diâmetro final de 8’’, todo perfurado no
minério. Os indicadores de nível d'água, PZ01 e PZ02, tratam-se de furos com 3’’
de diâmetro, situados respectivamente a 25,33m a SSW e 22,07m a ENE do
Poço 02. O PZ01 possui 27,40 metros de profundidade todo perfurado no
minério, e o PZ02 apresenta 23,40 metros de profundidade, com os primeiros
metros iniciais no xisto e o restante no minério. O PZ03 é na realidade um poço
existente na mina chamado de Poço 01, que funciona atualmente apenas como
indicador de nível d'água. Este poço foi perfurado no minério, possuindo 55
metros de profundidade, com diâmetro de 8’’, e situa-se a 123,04m a NW do
Poço 02.
Os resultados obtidos das interpretações do ensaio de bombeamento são
sintetizados pela Tabela 3.10. Os cálculos dos parâmetros foram feitos com os
dados da fase de recuperação dos indicadores de nível d’água, pois os dados da
fase de rebaixamento foram prejudicados pela grande variação da vazão de
bombeamento ocorrida durante o ensaio. A tabela mostra valores que refletem o
comportamento do aqüífero, pois este é do tipo fraturado, e os valores de
condutividade hidráulica encontrados variam conforme a existência de fraturas
abertas entre o poço bombeado e o ponto de observação.
83
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
Tabela 3.10 – Parâmetros obtidos da interpretação do ensaio de bombeamento (T –
Transmissividade, b – espessura saturada do meio, K – Condutividade Hidráulica, S –
Coeficiente de Armazenamento) (MDGEO, 2001).
Ensaio (Fase de
Recuperação)
Método
T (m /dia)
PZ01
Theis
5,94
PZ01
Recovery T & J
8,65
PZ01
Cooper & Jacob
PZ02
2
b (m)
K (m/dia)
S
0,283
0,0019
0,413
-
12,50
0,599
0,00112
Theis
8,89
0,513
0,00106
PZ02
Recovery T & J
12,80
0,740
-
PZ02
Cooper & Jacob
12,10
0,702
0,000588
PZ03
Theis
17,90
0,339
0,000376
PZ03
Recovery T & J
40,50
0,767
-
PZ03
Cooper & Jacob
35,90
0,678
0,00026
20,94
17,32
52,89
Através da análise de apenas três pontos de observação, torna-se difícil a
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
definição do vetor de condutividade hidráulica para o aqüífero em estudo,
segundo a MDGEO (2001). Seria necessária a existência de um número bem
maior de pontos de observação para possibilitar uma melhor interpretação dos
resultados. De qualquer forma, os resultados do ensaio permitem uma estimativa
dos parâmetros hidrodinâmicos do aqüífero, bem como de sua tipologia. A falta
de pontos de observações nas rochas encaixantes não permite uma avaliação
de suas características hidrogeológicas, e nem da conexão hidráulica com o
minério.
De acordo com a MDGEO (2001), os dados do PZ03 apresentaram uma
melhor adequação à curva de Theis, logo, os resultados obtidos por esta
interpretação são os mais representativos para a Unidade Aqüífera do Minério na
direção considerada (N50°W). Os
valores
obtidos
do
PZ01
e PZ02
possivelmente apresentam a influência da Unidade Aqüífera das Encaixantes.
Com relação aos níveis da água subterrânea, até o momento não existe
um sistema de monitoramento piezométrico, e assim não há estudos para
definição destes, o que ajudaria no entendimento pleno dos sistemas aqüíferos
da mina e suas interligações, e na identificação segura das elevações da água
para utilização nas análises de estabilidade.
84
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
3.3.7.
Modelo Geomecânico Existente
Segundo a empresa SBC (2004), de uma maneira geral, a rocha
encaixante (estéril) de maior ocorrência é o biotita-feldspato-quartzo xisto (XQB),
que determina maciços de qualidade geomecânica muito boa (Classe II), salvo
nos trechos situados no horizonte mais alterado, ou seja, acima do topo rochoso
são. A elevação do topo rochoso são se apresenta bastante variada, mas podese considerar sua elevação como sendo na cota 945m. Assim, os litotipos
situados acima desta elevação apresentam classes de pior qualidade
geomecânica.
O biotita-feldspato-quartzo xisto quando alterado, geralmente apresenta as
paredes das descontinuidades plano-lisas, ocasionalmente preenchidas com
uma película de mica de baixa resistência ao atrito. Os anfibolitos (IAF) e os
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
biotita-feldspato-granada-quartzo-anfibólio
xistos
(XGA)
apresentam
características geotécnicas bastante semelhantes ao biotita-feldspato-quartzo
xisto.
Para as intrusões graníticas (IGT), ocorre uma melhora da qualidade do
maciço para as
profundidades
inferiores
a cota 945m.
Portanto,
as
descontinuidades, menos freqüentes que nos litotipos descritos anteriormente,
não apresentam preenchimento de materiais de baixa resistência, e sim
levemente alteradas. Porém, o biotita xisto grafitoso, mesmo nos horizontes de
alteração inferiores, onde se espera maior competência do maciço, apresenta
baixa resistência e grau de fraturamento elevado. Sua ocorrência é bastante
esparsa e de extensões limitadas.
O minério (MSC) determina locais com classe variando entre bom a muito
bom e excelente. De uma maneira geral, o maciço em minério tem resistência
constante e igual a R5 (rocha resistente). No Anexo 7 encontra-se um Mapa
Geomecânico superficial da mina.
3.3.8.
Modelo Hidrogeológico Existente
De acordo com a empresa MDGEO (2001), a mina Morro da Mina está
inserida dentro de um sistema aquífero fraturado anisotrópico, onde se
distinguem a priori, duas unidades aqüíferas: Unidade Aqüífera do Minério e
Unidade Aqüífera das Encaixantes.
Caracterização Geotécnica da Mina de Morro da Mina
85
A Unidade Aqüífera do Minério é constituída pelas rochas sílicocarbonáticas do minério de manganês. Trata-se de uma unidade aqüífera
anisotrópica, com condutividade hidráulica (K) variando entre 0,30 a 0,50m/dia.
O coeficiente de armazenamento (S) apresenta valores entre 10-4 e 10-3. São
valores baixos que representam uma pequena capacidade de armazenamento
de água e baixa condutividade hidráulica. A presença do carbonato nesta
unidade aqüífera resulta em altos valores de salinidade da água. As nascentes
NA12 e NA13, situadas dentro da cava da mina, representam os pontos de
descarga desta unidade aqüífera. Com base nos parâmetros físico-químicos, as
águas surgentes na nascente NA13 apresentam um caráter isolado da
atmosfera, ou seja, águas subterrâneas com elevado tempo de residência no
solo. Este caráter é menos pronunciado na nascente NA12.
A Unidade Aqüífera das Encaixantes é formada por todas as demais
rochas existentes na mina. As nascentes NA10 e NA11, situadas nos taludes da
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
cava, representam pontos de descarga desta unidade aqüífera. O elevado
gradiente hidráulico, existente entre essas nascentes e as nascentes da unidade
aqüífera do minério, indica uma baixa condutividade hidráulica desta unidade
aqüífera, ou pequena conexão hidráulica entre as unidades. A salinidade das
águas da Unidade Aqüífera das Encaixantes é bem inferior às do Minério.
De modo geral, todo o sistema aqüífero formado por essas duas unidades
é pouco expressivo, com a água acumulada nas porções mais fraturadas das
rochas. Trata-se de um sistema aquífero localizado que dificilmente terá
influência dos córregos e nascentes ao redor. Todas as nascentes naturais
inventariadas no entorno da mina são caracterizadas, a priori, como de aqüíferos
rasos.
4
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
Utilizando o Software Petrel 2004
4.1.
Metodologia
Para utilização do software Petrel 2004, na modelagem da mina de Morro
da Mina, seguiu-se uma metodologia de trabalho com as seguintes etapas:
• Treinamento com o programa Petrel 2004;
• Análise dos dados sobre a Mina de Morro da Mina, recebidos da
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
empresa VALE;
• Separação do material necessário para utilização no Petrel 2004;
• Elaboração dos Arquivos de Entrada;
• Entrada dos arquivos no Petrel 2004 e geração do Modelo Geométrico
3D do maciço da mina;
• Upscaling dos dados;
• Elaboração de Well Tops e Horizons intermediários para geração do
Modelo Geológico 3D do maciço da mina;
• Análise Geoestatística dos dados para elaboração do Modelo
Geomecânico 3D do maciço da mina. Subdividida em três etapas:
Análise Estatística, Análise Estrutural, e Estimativa das variáveis
estudadas em regiões não amostradas, através da técnica de
interpolação conhecida por Krigagem Ordinária.
4.2.
Considerações sobre o Software Petrel
Este
software
foi
criado
em
1996
pela
empresa
Schlumberger
primariamente para utilização em modelagem de reservatórios de petróleo,
sendo dividido em vários módulos ou funcionalidades independentes, se
tornando, por isto, um pouco complexo, pois aparentemente não existe uma
ordem específica para aplicação destes módulos. Foi necessário um tempo de
pelo menos um mês para conhecê-lo razoavelmente bem, e ainda assim, com o
decorrer dos trabalhos, novas potencialidades foram sendo descobertas,
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
mostrando-se
assim
uma
ferramenta
poderosa.
87
Algumas
adaptações,
apresentadas nos itens seguintes, foram elaboradas para aplicação deste
software em uma situação diferente da para qual foi criado, que no presente
trabalho, é a utilização para modelagem geomecânica de uma mina a céu
aberto.
O Petrel 2004 aceita os seguintes tipos de dados de entrada: Linhas (2D e
3D), Pontos, 2D ou 3D Grids, Poços e seus Logs, e Arquivos de Sísmica, e estes
dados possuem arquivos específicos para aceitação pelo programa. A área de
trabalho é dividida em três janelas, chamadas de Display Window (onde os
modelos são mostrados), First Petrel Explorer Window (onde os dados
importados, e as informações dos modelos gerados são mostrados), e Second
Petrel Explorer Window (onde se encontram os módulos para utilização do
usuário).
O programa usa um Grid 3D para criação de blocos com os quais o
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
usuário pode representar geometricamente uma realidade. Este Grid divide o
espaço em células (blocos), dentro das quais o material não varia, possuindo
então um único valor para as propriedades modeladas.
A resolução do Grid exerce papel fundamental, pois a adoção de alta
resolução (muitas células) permitirá recriar as complexidades espaciais, porém
resultará em um modelo com muitas células, o que poderá não ser vantajoso,
pois cada funcionalidade levará muito tempo para ser processada. Por outro
lado, uma baixa resolução não levará em conta detalhes da geometria do local
modelado, mas o tempo de trabalho será reduzido. A decisão dependerá do
propósito do modelo, dos detalhes que devem ser levados em conta, e da
quantidade de dados avaliados.
O software possui uma interface visual boa, e a possibilidade de modelar
qualquer parâmetro rochoso, expresso em forma de Log. Permite a inclusão da
descontinuidade do tipo falha, porém esta tarefa demanda muito tempo, pois não
é um processo trivial. Os dados gerados podem ser utilizados em outros
programas, pois fornece vários tipos de arquivo de exportação, sendo possível a
utilização destes dados em programas de análises de estabilidade, conforme
mostra a metodologia proposta.
No presente trabalho, preferiu-se manter os nomes originais das funções e
elementos gerados no Petrel 2004. Isto facilita a utilização deste volume em
trabalhos futuros, tendo em vista que o programa se apresenta completamente
na língua inglesa.
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
88
4.3.
Análise dos Dados Recebidos
Esta etapa foi importante para o conhecimento da mina e de toda a sua
complexidade geológica, tendo em vista que esta se situa numa região que
sofreu intenso metamorfismo, gerando vários litotipos importantes para a
estabilidade dos taludes da cava. O material recebido constou de:
• Relatórios sobre: descrição dos furos de sondagens, análises de
estabilidade dos taludes da mina e do depósito de estéril, e estudos
geológicos e hidrogeológicos, elaborados pela SBC Ltda., MDGEO
Ltda., e Geoexplore Ltda., no período de 2000 a 2005.
• Mapas geológicos e geomecânicos (alguns possuindo a topografia da
cava) elaborados pela SBC Ltda.
• Dois conjuntos de mapeamentos da geologia estrutural realizados pelas
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
empresas SBC Ltda. e Geoexplore Ltda.
• Fotos de caixas de testemunhos de sondagem e dos taludes da mina.
• As descrições geotécnicas propriamente ditas dos furos de sondagem
das campanhas de 2002, 2003 e 2005, elaborados pela SBC Ltda.
Este material foi entregue por meio magnético e precisou ser organizado,
principalmente de forma cronológica, devido à quantidade grande de
informações, que embora expressas de forma truncada, apresentam o histórico
dos estudos geotécnicos da mina de Morro da Mina.
4.4.
Material Utilizado na Modelagem
Com o entendimento das potencialidades e limitações do software e o
conhecimento adquirido do material sobre a mina, separou-se o que seria
necessário para a elaboração do modelo, o que constou basicamente das
seguintes informações:
• Topografia da cava;
• A locação, trajetória, e descrição dos furos de sondagem que serão
efetivamente utilizados (trinta e nove no total).
A partir destas informações e das contidas nos relatórios, os parâmetros
de resistência c’ (coesão efetiva) e φ’ (ângulo de atrito efetivo) foram estimados,
conforme apresentado no Capítulo 3, para utilização também na modelagem.
Os relatórios sobre os estudos geológicos e hidrogeológicos, com
apresentação de toda a geologia estrutural da mina e seu mapeamento, assim
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
89
como os referentes às análises de estabilidade dos taludes, foram utilizados nas
etapas de análises de estabilidade cinemáticas e por equilíbrio limite,
apresentadas no Capítulo 5. O único relatório que não serviu de auxílio foi o
relacionado aos estudos da pilha de estéril, pois não consta no escopo deste
trabalho realizar estudos referentes a este assunto, e a localização do depósito
de estéril não influi na estabilidade dos taludes da cava.
4.5.
Arquivos de Entrada
Com as informações selecionadas, foram criados os arquivos de entrada
no software Petrel 2004, e tendo em vista que o programa é originalmente
utilizado na área de engenharia de petróleo, receberam os seguintes nomes:
• Horizons: para a formação da geometria da superfície da mina, e o
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
limite inferior do modelo. Foram criados dois, e possuem as
coordenadas (x, y, z) no sistema UTM das linhas que representam as
Cristas e os Pés das bancadas, que compõem os taludes da cava da
mina, retiradas do mapa topográfico com auxílio do software AutoCAD
2004. Outros Horizons foram criados mais tarde, de modo diferente.
• Well Heads: para locação dos furos. Um arquivo somente, que possui
os nomes e as coordenadas (x, y, z) das bocas dos furos de
sondagens no sistema UTM, valor de KB (Kelly Bushing – igual à zero),
valor de TopD (igual à cota da boca do furo), e valor de BottomD (igual
a cota final do furo).
• Well Paths: para a trajetória dos furos. Trinta e nove arquivos foram
criados, contendo os valores de MD (Measured Depth), inclinação
(diferença entre 90° e o mergulho do furo), e azimu te dos furos.
• Well Logs: para as informações ao longo dos furos (logs). Foram
gerados cento e dezessete arquivos (três conjuntos de trinta e nove),
pois se preferiu trabalhar com dois arquivos de modelagem
independentes, um para o conjunto de informações RQD-Q-RMR e o
outro para C-PHI, e em ambos utilizaram-se as informações sobre
litologia (LITO).
Todos estes arquivos possuem extensão .txt, e o arquivo Well Log é do
tipo LAS 3.0, seguindo um padrão pré-estabelecido, da própria área de
engenharia de petróleo, contendo informações de MD, locação da boca do furo,
e valores de propriedades ao longo do furo. Para criação destes arquivos, o
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
90
programa Microsoft Office Excel auxiliou bastante, pois se trabalhou grande
parte do tempo com planilhas contendo as informações das descrições dos
furos.
4.6.
Modelo Geométrico 3D da Mina
Após a entrada das informações anteriores, um modelo geométrico 3D do
maciço é gerado (Figura 4.1), permitindo a visualização espacial da cava, dos
furos de sondagem (Figuras 4.2 e 4.3), e das informações ao longo destes
(Figura 4.4), que constam de: RQD (Deere et al., 1967), Q (Barton et al., 1974),
RMR (Bieniawski, 1976), c’ (C no programa – coesão efetiva), e φ’ (PHI no
programa – ângulo de atrito efetivo). O Grid adotado possui dimensões de 3 x
3m, sendo a base para a formação das células nas etapas seguintes. A seta
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
verde/vermelha aponta para o Norte.
Figura 4.1 – Geometria da Cava da mina de Morro da Mina.
Observa-se que a geometria da cava da mina está bem representada,
porém não foi possível detalhar a geologia estrutural da mina, sendo este ainda
um problema comum da maioria dos softwares de modelagem geológica. O
Petrel 2004 oferece a função Fault Modeling para modelagem de falhas, porém
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
91
com o conjunto de dados disponíveis se tornaria uma tarefa trabalhosa, e o
interessante, no caso estudado, seria modelar principalmente os demais tipos de
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
descontinuidades presentes em maciços rochosos.
Figura 4.2 – Visualização das posições das bocas dos furos e suas trajetórias – vista de
cima da cava.
Figura 4.3 – Visualização espacial das trajetórias dos furos de sondagens.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
92
Figura 4.4 – Informações ao longo dos furos de sondagens – RQD.
4.7.
Upscaling dos Dados
Nesta etapa do trabalho, as informações distribuídas ao longo dos furos
são incorporadas às células que cruzam as trajetórias dos furos. Estas células
são criadas antes da realização do Upscaling, através da função Layering, onde
a região entre dois Horizons, chamada de Zone, é dividida em várias camadas,
as layers, que podem ser especificadas por quantidade ou espessura. Neste
trabalho adotou-se a espessura de 5m, logo, as células do modelo possuem as
seguintes dimensões: 3 x 3 x 5m, ou 45m3.
Para cada um dos cinco dados estudados foi realizado o Upscaling, no
qual se realizam cálculos de média com os valores das propriedades estudadas
(Figura 4.5). Esta função oferece métodos para estes cálculos, tais como a
“Média Aritmética”, e a “Média Harmônica”, podendo-se escolher o método e a
forma como se deseja que os dados sejam tratados. Utilizou-se o método de
cálculo chamado “Média Aritmética Ponderada” pelos comprimentos dos trechos
dos furos, no qual os logs são tratados As lines. Este método se mostrou o mais
adequado para os tipos de dados estudados.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
93
Figura 4.5 – Upscaling RQD.
4.8.
Modelo Geológico 3D da Mina
Esta etapa do trabalho consta de uma tentativa de reprodução da
distribuição das litologias no maciço da mina, sendo isto importante para a etapa
posterior das análises geoestatísticas, pois não é aconselhável um estudo
geoestatístico realizado em uma região com litologias discrepantes umas das
outras, como é o caso da mina em estudo, pois os resultados finais com certeza
são afetados pelas diferenças de valores das propriedades geomecânicas das
rochas envolvidas.
Desta forma, criaram-se novos Horizons, intermediários aos dois
existentes, a partir das litologias encontradas nos furos de sondagem,
procurando-se limitar zonas de mesma litologia no modelo. Utilizou-se a função
Well Correlation, onde, em uma janela de trabalho chamada Well Section, Well
Tops nos furos de sondagens podem ser criados, sendo estes pontos-guia para
a geração desses novos Horizons (Figura 4.6).
O seguinte critério foi adotado para a criação dos Well Tops:
• Utilização de uma seqüência de furos de sondagem percorrendo desde
a extremidade do setor NW até a extremidade do setor SW1, com o
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
94
objetivo de verificar continuidade nas litologias, mantendo-se desta
forma furos, de uma mesma região, próximos um do outro;
• Tentativa de criação de uma zona composta pelos trechos de minério, e
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
de outras pelos outros tipos rochosos.
Figura 4.6 – Seqüência de furos de sondagem e Well Tops.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
Figura 4.6 – Seqüência de furos de sondagem e Well Tops (Continuação).
95
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
Figura 4.6 – Seqüência de furos de sondagem e Well Tops (Continuação).
96
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
97
O programa usa ferramentas de interpolação para gerar e extrapolar os
Horizons para regiões sem Well Tops, seguindo as classificações de Horizons
fornecidas, e adotadas pelo usuário, podendo estes ser dos seguintes tipos:
• Erosional: os horizontes abaixo são truncados por este tipo, sendo
geralmente superior a todos os outros;
• Conformable: para horizontes que serão truncados por outros, se
localizando geralmente no meio do modelo;
• Discont: trunca os horizontes abaixo e acima deste tipo, se
posicionando também no meio do modelo;
• Base: horizontes acima são truncados por este tipo.
Para o caso de modelos com vários tipos litológicos variando de posição e
forma, como o caso da mina estudada, o controle deste processo é difícil e
trabalhoso, pois o software é primariamente utilizado para modelos de bacias
sedimentares, onde os Horizons, na maioria das vezes, se encontram paralelos
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
entre si. Desta forma, o modelo proposto foi dividido em 3 Zonas,
aproximadamente de acordo com a litologia, sendo uma formada pelos trechos
de minério (Zona 2), e as outras duas pelos demais tipos rochosos, com
predominância do tipo XQB (Zonas 1 e 3), conforme Figura 4.7 e Figura 4.8.
Zona 1
Zona 2
Zona 3
Figura 4.7 – Horizons intermediários – vista do Sul.
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
98
Zona 3
Zona 1
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Zona 2
Figura 4.8 – Horizons intermediários – vista do Nordeste.
4.8.1.
Análise Crítica dos Resultados
O modelo geológico 3D da mina ficou razoavelmente bom, pois os
Horizons se apresentam com “pontas” mergulhando para cima ou para baixo,
mostrando que houve um esforço do programa em respeitar as posições dos
Well Tops, que foram criados de acordo com a litologia, fazendo até mesmo
lembrar-se da complexidade do maciço rochoso estudado, onde as rochas se
encontram encaixadas umas nas outras.
O modelo se apresenta de forma simples, porém compreensível. Fizeramse tentativas de criar mais zonas, mas o modelo não ficou compreensível nem
confiável, por conta da dificuldade de controle do processo, e da interpolação
arbitrária realizada pelo programa, com os Horizons gerados assumindo
posições visualmente incoerentes.
Acredita-se ainda que a distribuição dos furos também possa ter
influenciado na limitação da quantidade de zonas, onde se evitou a geração dos
horizontes incoerentes, pois segundo as posições dos furos, os Well Tops
criados se concentravam na região central do modelo, e não ao redor de todo o
maciço da mina, oferecendo um grau de liberdade muito grande para o programa
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
99
extrapolar os Horizons para as regiões sem Well Tops, ocorrendo assim o
aparecimento dos horizontes bastante questionáveis.
4.9.
Análise Geoestatística e Modelagem Geomecânica 3D da Mina
4.9.1.
Análise Estatística
Para realização da análise geoestatística através do programa Petrel 2004,
os dados devem possuir distribuição de freqüência Normal, e as variáveis
regionalizadas precisam apresentar-se estacionárias. Desta forma, a etapa de
análise estatística consistiu basicamente na aplicação de transformações nos
dados com o objetivo de eliminar tendências espaciais, e trazê-los para uma
distribuição Normal, sendo isto realizado na Tab Transformations, dentro da
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
função Data Analysis no Petrel 2004.
Após a realização das estimativas, estas tendências são reaplicadas nas
propriedades modeladas, garantindo sua preservação. Isto ocorre de forma
automática, sobre o resultado da modelagem, exatamente na ordem inversa em
que as transformações foram aplicadas, para preservar as tendências espaciais
e a distribuição original dos dados no resultado final das propriedades.
A seqüência de transformações utilizadas foi a seguinte:
• Output Truncation: deve ser a primeira a ser usada. Esta transformação
não permite a estimativa de valores maiores que os amostrados.
• 1D Trend: através desta transformação define-se uma função tendência
a partir dos dados de entrada, gerando um vetor no espaço, que é
ajustado à distribuição espacial dos dados amostrados. O valor do
Fator de Correlação entre o vetor e os dados deve ficar próximo de -1
ou 1. Para esta busca de tendência, no caso estudado, levou-se em
conta a direção predominante do intemperismo (S e SE da cava), e
geral das descontinuidades (apresentadas em detalhe adiante no
Capítulo 5, mas, por hora, com mergulhos para NE, ocorrendo a busca
na direção perpendicular para observar-se certa continuidade das
propriedades). A Figura 4.9, e a Figura 4.10 representam o pior e o
melhor ajuste alcançado na aplicação desta transformação, e os
demais resultados encontram-se intermediários a estes.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
100
Figura 4.9 – Transformação 1D Trend para a variável Q, Zona 3, representando o ajuste
mais difícil desta transformação – FC = 0,148759.
Figura 4.10 – Transformação 1D Trend para a variável RQD, Zona 1, representando o
melhor ajuste desta transformação – FC = 0,70704.
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
101
• Scale Shift: usada para mudar e escalar os dados para que a média
seja igual a 0 (zero), e o desvio padrão 1 (um). Deve geralmente ser
aplicada depois de qualquer transformação espacial (Cox-Box,
Logarithmic ou Trend). Diferente da Normal Score, ela não troca a
forma da distribuição, então, o histograma já deve ter alcançado a
semelhança com uma distribuição normal antes de aplicar esta
transformação.
• Normal Score: força qualquer distribuição a ficar normalizada. Deve ser
a última transformação a ser aplicada aos dados, ou seja, depois de
truncar os dados e remover as tendências espaciais. Caso a presente
etapa de aplicação de transformações, com utilização da Tab
Transformations,
não
automaticamente
a
fosse
realizada,
transformação
o
Normal
programa
Score,
na
utilizaria
função
Petrophysical Modeling. Mais uma vez, a Figura 4.11, e a Figura 4.12
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
representam o pior e o melhor ajuste alcançado na aplicação desta
transformação, e os demais resultados encontram-se intermediários a
estes.
Figura 4.11 – Transformação Normal Score para a variável Q, Zona 1, representando o
ajuste mais difícil desta transformação – Min = -1,592, Max = 6,69, σ = 0,99986.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
102
Figura 4.12 – Transformação Normal Score para a variável RMR, Zona 1, representando
o melhor ajuste desta transformação – Min = -3,262, Max = 3,484, σ = 0,99986.
4.9.2.
Análise Estrutural
Após as transformações nos dados, parte-se para a etapa de análise
estrutural, realizada na Tab Variograms, também dentro da função Data Analysis
no Petrel 2004, onde os semivariogramas são elaborados e ajustados a um dos
modelos teóricos oferecidos, que no caso são o Modelo Esférico, Gaussiano, e
Exponencial.
Na realidade, os semivariogramas são elaborados a partir dos resíduos,
que são a diferença entre o valor da propriedade em cada célula Upscaled (valor
da variável regionalizada) e a tendência para este ponto. Após as interpolações,
o resíduo é adicionado à tendência para surgir o modelo resultante.
Para ajuste dos modelos teóricos, alguns critérios devem ser seguidos, de
acordo com a orientação oferecida pelo próprio programa:
• Valor do Search Radius >> valor do Range (Major, Minor, Vertical) para
as três direções pesquisadas;
• Valor do Sill = 1, pois se trabalha com o semivariograma normalizado,
devido à transformação Normal Score. Este valor é fixo no programa,
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
103
devendo ser alcançado no ajuste, ou se encontrar dentro do limite de
erro aconselhado de ± 0,30;
• Valor do Nugget = 0;
• Valor do Major dir = valor do Azimuth adotado na utilização da
transformação 1D Trend (foi observado que isto auxilia no ajuste do
modelo).
Estes valores são alcançados alterando-se o formato do cone de busca,
situado a esquerda dos semivariogramas, que vão sendo recalculados de acordo
com a nova geometria. Três direções principais são modeladas, apresentadas
nas Tabs Major Direction, Minor Direction, e Vertical Direction, sendo a
anisotropia geométrica a única permitida avaliar pelo Petrel 2004 (mesmo
patamar, diferentes alcances). O modelo teórico melhor ajustado foi o
Exponencial. As Figuras 4.13 a 4.18 apresentam os piores e melhores ajustes
obtidos para cada uma das três direções investigadas, e as Tabelas 4.1 a 4.3
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
resumem os valores de ajuste obtidos para todas as propriedades e zonas
estudadas (os valores discrepantes foram postos em negrito).
Figura 4.13 – Semivariograma representando um mau ajuste para a Major Direction,
variável RQD, Zona 1 – Sill = 0,785.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
Figura 4.14 – Semivariograma representando um bom ajuste para a Major Direction,
variável C, Zona 1 – Sill = 1.
Figura 4.15 – Semivariograma representando um mau ajuste para a Minor Direction,
variável RQD, Zona 3 – Sill = 0,724.
104
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
105
Figura 4.16 – Semivariograma representando um bom ajuste para a Minor Direction,
variável RMR, Zona 1 – Sill = 1.
Figura 4.17 – Semivariograma representando um mau ajuste para a Vertical Direction,
variável RQD, Zona 3 – Sill = 0,785.
106
Figura 4.18 – Semivariograma representando um bom ajuste para a Vertical Direction,
variável PHI, Zona 3 – Sill = 1.
Tabela 4.1 – Tabela resumo dos ajustes dos semivariogramas para a Zona 1.
Zona 1
Elementos de Ajuste
Minor
Direction
Major
Direction
1D
Trend
Vertical
Direction
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
RQD
Q
RMR
C
PHI
Média
Azimuth
Dip
Band Width
Thickness
Search Radius
-45
-80
80,0
10,0
220,0
-30
-80
84,9
10,0
220,0
-30
-80
85,0
10,0
240,0
-30
-80
84,0
10,0
260,2
-45
-80
79,0
10,0
320,0
-36,0
-80,0
82,6
10,0
252,0
Tolerance Angle
Band Width
Thickness
Search Radius
Tolerance Angle
60,0
30,0
10,0
100,0
59,0
50,0
10,0
163,0
60,0
59,0
52,0
10,0
156,0
65,0
60,0
40,0
10,0
128,0
59,4
44,8
10,0
140,6
65,0
59,0
52,0
10,0
156,0
65,0
60,0
63,0
Band Width
22,0
16,0
20,0
25,0
18,0
20,2
Search Radius
126,0
120,0
135,0
118,0
50,0
109,8
Tolerance Angle
46,0
58,4
65,0
60,0
60,0
57,9
42,4
18,1
32,9
19,6
74,7
40,5
37,9
42,0
52,2
40,8
32,6
47,1
41,3
46,7
43,0
31,5
43,3
Major Range
Minor Range
Vertical Range
20,6
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
107
Tabela 4.2 – Tabela resumo dos ajustes dos semivariogramas para a Zona 2.
Zona 2
Elementos de Ajuste
Q
RMR
C
PHI
Média
0
60
24
10
100,0
10,0
200,0
20
11
100,0
10,0
202,2
19
11
100,0
10,0
201,0
17,4
20,8
104,0
10,0
240,8
Azimuth
Dip
Band Width
Thickness
Search Radius
100,0
10,0
400,0
24
12
120,0
10,0
201,0
Tolerance Angle
Band Width
Thickness
Search Radius
Tolerance Angle
72,0
60,2
10,0
149,1
49,0
75,0
65,9
10,0
150,0
49,0
73,0
71,0
10,0
150,0
50,0
72,0
65,0
10,0
150,0
50,0
72,0
63,0
10,0
150,0
50,0
72,8
65,0
10,0
149,8
49,6
Band Width
56,0
56,0
50,0
49,3
47,5
51,8
Search Radius
110,0
95,8
100,0
99,0
96,8
100,3
Tolerance Angle
70,0
70,0
70,0
70,0
70,0
70,0
82,2
17,2
42,5
26,6
82,8
53,3
37,6
93,3
33,8
29,4
41,7
37,4
35,0
40,5
49,8
29,2
72,2
Major Range
Minor Range
Vertical Range
102,7
Tabela 4.3 – Tabela resumo dos ajustes dos semivariogramas para a Zona 3.
Zona 3
Elementos de Ajuste
Minor
Direction
Major
Direction
1D
Trend
Vertical
Direction
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Vertical
Direction
Minor
Direction
Major
Direction
1D
Trend
RQD
RQD
Q
RMR
C
PHI
Média
Azimuth
Dip
Band Width
Thickness
Search Radius
26
-45
110,0
10,0
320,1
25
-55
110,0
10,0
268,0
30
-40
100,0
10,0
318,0
33
-55
115,0
10,0
288,0
20
-55
105,0
10,0
245,0
26,8
-50,0
108,0
10,0
287,8
Tolerance Angle
Band Width
Thickness
Search Radius
Tolerance Angle
71,0
65,9
10,0
100,0
70,0
76,0
10,0
130,0
60,0
70,0
68,0
10,0
110,0
63,0
61,0
78,0
10,0
126,0
70,0
68,4
71,2
10,0
119,2
64,0
70,0
68,0
10,0
130,0
64,0
Band Width
18,0
20,0
20,0
20,0
20,0
19,6
Search Radius
60,0
50,0
55,0
49,9
57,1
54,4
Tolerance Angle
40,0
50,0
38,0
40,8
52,7
44,3
28,1
9,7
43,8
24,2
46,7
54,1
20,0
51,3
37,6
26,8
46,6
50,8
24,1
53,3
42,9
21,0
Major Range
Minor Range
Vertical Range
42,9
64,2
48,2
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
108
4.9.3.
Análise Crítica dos Resultados
De acordo com os valores de Azimuth e Dip, parece que cada zona possui
uma tendência própria, verificada pela transformação 1D Trend. Porém, os 5
tipos de dados analisados (RQD, Q, RMR, c’, φ’) possuem semivariogramas com
valores de ajuste semelhantes em ordem de grandeza, dentro de cada zona,
conforme se verificam nas tabelas resumo. Uma explicação para isto poderia ser
o fato destes mesmos 5 dados estarem relacionados entre si da seguinte
maneira:
• O RQD é um dos parâmetros na avaliação de Q, e é afetado pela
resistência da rocha σci, que está relacionada ao seu Grau de
Alteração;
• Q é usado no cálculo de RMR, através da correlação de Bieniawski
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
(1976);
• c’ e φ’ são estimados com utilização de σci, que está relacionado ao
Grau de Alteração da rocha;
• A avaliação da Alteração da rocha é utilizada no cálculo de Q;
Observou-se, através dos semivariogramas, que alguns dados ainda não
estavam
completamente
estacionários,
pois
seus
semivariogramas
apresentavam-se com os últimos pontos muito afastados do modelo teórico
ajustado, como se verificam nas Figuras 4.16 e 4.18 (círculos vermelhos).
Assim, talvez fosse interessante a utilização de mais transformações nos dados,
na etapa de Análise Estatística.
Observou-se também que em alguns semivariogramas, para uma melhor
modelagem, seria necessária a utilização de outros modelos teóricos, ou até
mesmo mais de um ao mesmo tempo (modelos aninhados), e a utilização de
outros tipos de anisotropia, além da oferecida pelo Petrel 2004 (Geométrica).
Notou-se ainda a ocorrência do “Hole Effect”, ou “Efeito de Furo”, que é
representado pela periodicidade da variável regionalizada. Isto pode ser devido à
influência da presença de estruturas geológicas na direção perpendicular a
investigada pelo semivariograma, o que causaria a parcial não continuidade das
informações, e à influência da variação dos tipos litológicos ao longo do maciço
da mina, pois esta apresenta uma distribuição litológica complexa, com rochas
diferentes encaixadas umas nas outras, gerando uma alternância das
informações, que pode ocorrer em qualquer direção do semivariograma.
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
109
O arranjo espacial de furos, ou seja, das amostras, influi na elaboração de
semivariogramas (Landim, 2003). Porém, o presente arranjo não estava de
forma adequada, pois embora as bocas dos furos estejam razoavelmente
espalhadas,
não
estão
bem
distribuídas,
existindo
“ninhos”
de
furos
(concentração de furos de sondagens), e suas trajetórias no geral se dirigem
para a mesma região, o centro da cava, concentrando as informações naquele
local.
Logo, tem-se uma quantidade boa de furos, mas a distância entre as
informações muito variável entre os “ninhos”, e curta dentro deles, o que
interferiu no cálculo dos semivariogramas, onde alcances curtos foram gerados,
representando uma variação muito brusca da semivariância em relação à
distância entre as amostras.
Cabe lembrar que o semivariograma é a base para as estimativas dos
pesos a serem associados às amostras com valores conhecidos, que serão
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
utilizados mais adiante para estimar os pontos desconhecidos, através da
técnica de interpolação Krigagem, assim, o formato do semivariograma obtido na
presente etapa interfere na seguinte.
4.9.4.
Krigagem e Modelo Geomecânico 3D da Mina de Morro da Mina
Esta etapa consiste na estimativa das variáveis estudadas (RQD, Q, RMR,
c’, φ’) em regiões não amostradas, através da técnica de interpolação conhecida
por Krigagem Ordinária. O Petrel 2004 oferece diversas técnicas de interpolação,
que são realizadas através da função Petrophysical Modeling, onde o usuário do
software pode escolher entre usar as informações processadas anteriormente no
Data Analysis, ou fazer pequenos ajustes nesta função mesmo. Os resultados
obtidos são apresentados nas Figuras 4.19 a 4.28.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
110
Figura 4.19 – Modelo Geomecânico 3D da mina de Morro da Mina – RQD – vista de cima
da cava.
Vista lateral sentido Norte
Corte SW1 – Vista sentido NW
Corte NW – Vista sentido NE
Corte SW2 – Vista sentido NW
Figura 4.20 – Demais vistas e cortes da mina – RQD.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
111
Figura 4.21 – Modelo Geomecânico 3D da mina de Morro da Mina – Q – vista de cima da
cava.
Vista lateral sentido Norte
Corte SW1 – Vista sentido NW
Corte NW – Vista sentido NE
Corte SW2 – Vista sentido NW
Figura 4.22 – Demais vistas e cortes da mina – Q.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
112
Figura 4.23 – Modelo Geomecânico 3D da mina de Morro da Mina – RMR – vista de
cima da cava.
Vista lateral sentido Norte
Corte SW1 – Vista sentido NW
Corte NW – Vista sentido NE
Corte SW2 – Vista sentido NW
Figura 4.24 – Demais vistas e cortes da mina – RMR.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
113
Figura 4.25 – Modelo Geomecânico 3D da mina de Morro da Mina – c’ (MPa) – vista de
cima da cava.
Vista lateral sentido Norte
Corte SW1 – Vista sentido NW
Corte NW – Vista sentido NE
Corte SW2 – Vista sentido NW
Figura 4.26 – Demais vistas e cortes da mina – c’ (MPa).
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
114
Figura 4.27 – Modelo Geomecânico 3D da mina de Morro da Mina – φ’ (°) – vista de cima
da cava.
Vista lateral sentido Norte
Corte SW1 – Vista sentido NW
Corte NW – Vista sentido NE
Corte SW2 – Vista sentido NW
Figura 4.28 – Demais vistas e cortes da mina – φ’ (°).
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
115
4.9.5.
Análise Crítica dos Resultados
De modo geral, a Zona 1 ficou muito bem modelada, seguindo o padrão de
ocorrência do intemperismo (de cima para baixo, em direção ao S-SE da cava),
pois nesta região se encontram os trechos iniciais dos furos, que estão
espalhados, mas ainda assim, não bem distribuídos, conforme já comentado.
Obteve-se o esperado, que era o centro da cava apresentar valores
elevados das variáveis estudadas, pois é onde se encontra a maior parte do
minério, e a região SE apresentar valores baixos, pois é onde o intemperismo
atua mais intensamente. As outras Zonas não apresentaram resultados
“confiáveis”, a não ser no meio da cava, onde há concentração de furos, e assim,
nos extremos do modelo não há informações suficientes para uma boa
interpolação.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Além disto, conforme explicado antes, os dados estão relacionados, então
naturalmente esperava-se que nas regiões onde Q e RMR apresentassem
valores baixos, os demais também se apresentassem desta forma, e foi o que
ocorreu, principalmente na Zona 1.
Em alguns locais, o modelo apresenta variações bruscas das informações
estimadas, sendo notadas pela presença de “pontos”, ou pequenas regiões,
mergulhadas num contexto com cor (informação) diferente deles, destacadas
pelos círculos pretos. Isto pode ser devido à forma do semivariograma, pois a
interpolação é realizada com base neste, conforme citado no item 4.9.3. Assim,
os alcances curtos obtidos na etapa anterior trazem como conseqüência o
seguinte: regiões com maior densidade de amostras apresentam os valores
estimados variando espacialmente de modo mais suave, pois os alcances de
correlação de dois ou mais furos de sobrepõem; por outro lado, regiões com
menor densidade apresentam comportamentos fortemente influenciados por
furos individuais, formando “bolsões” elipsoidais (de dimensões concordantes
com os valores dos alcances) em uma massa de pontos estimados com base na
parte estacionária do semivariograma.
Como o modelo foi divido em zonas, e cada zona é calculada separada da
outra, poder-se-ia ter utilizado células de tamanho menor, mas preferiu-se deixar
com o tamanho de 3 x 3 x 5m para auxiliar no tempo de cálculo do modelo, e
também não foi interessante diminuir o tamanho das células porque o ideal seria
que os furos estivessem bem distribuídos. Por outro lado, poderia ter-se
trabalhado com a altura da célula menor, pois desta forma o Upscaling ficaria
Modelagem Geológica e Geomecânica 3D da Mina
116
mais “exato”, ou seja, as médias seriam calculadas levando-se em conta trechos
menores, e assim as chances de valores elevados de propriedades se
envolverem com valores baixos (causando médias elevadas) seriam reduzidas.
Com relação às incertezas geoestatísticas, a versão do programa Petrel
utilizada (v. 2004) não fornece a Variância dos Erros de Estimativa, assim
tentou-se avaliar a modelagem pela observação dos fatores que influenciam o
erro de estimação, que são principalmente o número de amostras, a proximidade
entre elas próprias e o ponto estimado, a configuração espacial das amostras, e
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
a natureza das informações estudadas, abordados nos parágrafos anteriores.
5
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
5.1.
Mecanismos Potenciais de Ruptura
5.1.1.
Estudo das Descontinuidades Preocupantes
De acordo com as descrições das feições estruturais presentes na mina,
as preocupantes, ou seja, as que podem provocar rupturas nos taludes da mina,
dependendo de suas atitudes, são as seguintes:
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
• Foliações: Bandamento Composicional S0, Xistosidade Sn, Foliação
Milonítica Sm.
• Falhas/Fraturas.
Dentro
do
material
obtido
da
VALE,
dois
relatórios
continham
mapeamentos de estruturas geológicas na mina, elaborados por empresas
diferentes (SBC, 2001, e Geoexplore, 2005). Logo, para utilização deste conjunto
de informações, adotou-se o seguinte procedimento:
• 1° Comparação entre os resultados fornecidos por S BC (2001) e
Geoexplore (2005): o relatório da SBC (2001) fornecia somente os
valores dos planos médios dos estereogramas. Estes valores foram
plotados em forma de simples projeções estereográficas, com
utilização
do
programa
Estereonet
3.03,
para
poderem
ser
confrontados com os resultados obtidos da Geoexplore (2005),
apresentados no Capítulo 3. Cada empresa mapeou a mina seguindo
sua própria setorização, assim, realizou-se esta comparação para
verificação da equivalência entre as setorizações, como tentativa de
trazer os resultados da Geoexplore (2005) para a setorização da SBC
(2001), adotada no presente trabalho (Figura 5.1, Figura 5.2).
Observou-se que o Setor I abrange os Setores SW2 e NW, e o Setor II
os Setores SW1 e NE, o que direcionou o passo seguinte.
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
118
FOLIAÇÕES
Geoexplore (Setor I)
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Bandamento
Xistosidade
Composicional
Geoexplore (Setor II)
SBC (Setores SW2, NW)
SW2 – Xistosidade
NW – Xistosidade
SBC (Setores SW1, NE)
Bandamento
SW1 – Xistosidade
NE – Xistosidade
Composicional
Xistosidade
Figura 5.1 – Comparações entre os resultados dos mapeamentos de foliações da
Geoexplore (2005) e SBC (2001).
FALHAS/FRATURAS
Geoexplore (Setor I)
SBC (Setores SW2, NW)
Falhas/Fraturas
Geoexplore (Setor II)
SW2 – Juntas
NW – Juntas
SBC (Setores SW1, NE)
SW1 – Juntas
NE – Juntas
Falhas/Fraturas
Figura 5.2 – Comparações entre os resultados dos mapeamentos de falhas/fraturas da
Geoexplore (2005) e SBC (2001).
• 2° Levantamento das descontinuidades, por setor, d os Mapas de
Geologia Estrutural elaborados pela SBC (2001), e Geoexplore (2005),
segundo a setorização da SBC (2001), com auxílio do software
AutoCAD 2004.
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
119
• 3° Elaboração de projeções estereográficas das des continuidades
levantadas, e realização de análises de estabilidade cinemáticas,
segundo a setorização da SBC (2001) (Figuras 5.3 a 5.6), com
utilização do programa Dips, da Rocscience.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
SETOR SW1
SBC
Geoexplore
Figura 5.3 – Comparação entre os estereogramas das atitudes das descontinuidades
levantadas nos mapas da SBC (2001) e Geoexplore (2005) – Setor SW1.
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
SETOR SW2
SBC
Geoexplore
Figura 5.4 – Comparação entre os estereogramas das atitudes das descontinuidades
levantadas nos mapas da SBC (2001) e Geoexplore (2005) – Setor SW2.
120
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
SETOR NW
SBC
Geoexplore
Figura 5.5 – Comparação entre os estereogramas das atitudes das descontinuidades
levantadas nos mapas da SBC (2001) e Geoexplore (2005) – Setor NW.
121
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
SETOR NE
SBC
Geoexplore
Figura 5.6 – Comparação entre os estereogramas das atitudes das descontinuidades
levantadas nos mapas da SBC (2001) e Geoexplore (2005) – Setor NE.
122
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
123
Todos os resultados estão coerentes com o que era esperado encontrar,
de acordo com a gênese das estruturas da região apresentada no Capítulo 3,
obtendo-se resumidamente o expresso na Tabela 5.1:
Tabela 5.1 – Resultados esperados de acordo com a gênese das estruturas presentes
na cava da mina de Morro da Mina.
Direção (Strike)
Mergulho (Dip)
Foliações
NW ou SE
NE ou SW subvertical
Falhas/Fraturas
NW ou SE
NE ou SW subvertical
Falhas/Fraturas ⊥
NE ou SW
NW ou SE subvertical
5.1.2.
Orientação dos Taludes em Relação às Descontinuidades
Com a plotagem das atitudes levantadas dos mapas fornecidos, obtiveram-
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
se resultados coerentes com as conclusões apresentadas pela SBC (2001),
sendo que estas puderam ser aprofundadas, devido à presença dos dados de
mapeamento da Geoexplore (2005), que possuem maior quantidade e
abrangência diferente da dos pontos levantados pela primeira empresa, logo, um
maior número de famílias pôde ser considerado, inclusive nos dados da própria
SBC (2001).
A orientação dos taludes em relação às descontinuidades é a seguinte:
• Setores SW1 e NE: Para estes taludes as atitudes das estruturas
geológicas variam, mergulhando ora para dentro, ora para fora do
talude (SW, NE), porém sempre com ângulos de mergulhos fortes e
com direção média paralela ao mesmo; ocorrem também estruturas
com direções aproximadamente transversais aos taludes.
• Setor SW2 e NW: Estes taludes apresentam descontinuidades com
atitudes completamente variadas, apresentando-se paralelas aos
taludes, com mergulhos favoráveis e desfavoráveis, e com direções
transversais e oblíquas, com mergulhos para diversas direções, e todos
os mergulhos fortes, até mesmo subverticais.
Desta forma, conclui-se que nos taludes da mina pode ocorrer um dos três
tipos de rupturas cinemáticas (Planar, Cunha, Tombamento) principalmente em
nível de bancadas, pois ocorrem famílias de descontinuidades com direções
paralelas, perpendiculares, e oblíquas, que podem se combinar ou atuar
sozinhas sobre estas. Além disto, como o processo intempérico ocorre em
direção aos taludes da região sul da cava, a partir da superfície, afetando os
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
124
setores SW1 e SW2, e existem feições estruturais com direção de mergulho
desfavorável, nos taludes dos setores SW1 e SW2 podem ocorrer rupturas
circulares, e não-circulares.
5.2.
Análises de Estabilidade Cinemáticas
No ano de 2000, a empresa SBC (2001) realizou análises de estabilidade
dos taludes da mina, onde as análises cinemáticas foram voltadas para a
determinação do ângulo de face mais adequado para cada setor, levando-se em
conta a menor chance de ocorrer rupturas em cunha, pois em seus estudos
sobre as estruturas geológicas foi concluído que este tipo de ruptura possuía
maior possibilidade de suceder. Entretanto, no presente trabalho, as análises
cinemáticas estão voltadas apenas para estudo da estabilidade dos taludes, com
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
observação dos outros tipos de ruptura (planar e tombamento) não analisados
pela SBC (2001), e utilização de boa quantidade de descontinuidades levantadas
pela empresa Geoexplore (2005).
Os dados apresentados na Tabela 5.2 foram utilizados nas análises
cinemáticas, através do programa Dips, da Rocscience, onde os ângulos médios
dos taludes e das bancadas foram obtidos do mapa topográfico da mina com
auxílio do programa AutoCAD 2004, e os parâmetros de resistência das
descontinuidades foram os fornecidos pela SBC (2001), obtidos através do
Critério de Resistência de Barton-Bandis (1990). Os resultados são mostrados
nas Figuras 5.7 a 5.11.
Tabela 5.2 – Dados para análise de estabilidade cinemática.
Talude no Setor
Setor
α0 (Ângulo
Médio
Talude
Global)
αB (Ângulo
Médio das
Bancadas)
Strike
Dip
Direction
SW1
N73°W
17°
25°
44°
SW2
N50°W
40°
32°
53°
NW
N14°E
104°
29°
58°
NE
N50°W
220°
30°
36°
Øj (Ângulo de
Atrito da
Descontinuidade)
(SBC, 2001)
30°
40°
30°
40°
30°
40°
30°
40°
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
125
Ruptura Planar SW1
SBC
Geoexplore
Bancada – Risco < 5%
Sem Risco
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Ruptura Planar SW2
SBC
Geoexplore
Bancada – Risco < 10%
Sem Risco
Ruptura Planar NW
SBC
Geoexplore
Bancada – Risco > 80%
Bancada – Risco < 20%
Figura 5.7 – Resultados das análises cinemáticas – Ruptura Planar.
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
126
Ruptura Planar NE
SBC
Geoexplore
Bancada – Risco = 100% (φj = 30°)
Sem Risco
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Ruptura em Cunha SW1
SBC
Geoexplore
Sem Risco
Sem Risco
Ruptura em Cunha SW2
SBC
Geoexplore
Sem Risco
Sem Risco
Figura 5.8 – Resultados das análises cinemáticas – Ruptura Planar e Cunha.
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
127
Ruptura em Cunha NW
SBC
Geoexplore
Bancada – 1 cunha (φj = 40°)
Bancada – 4 cunhas (φj = 30°)
Bancada – 1 cunha (φj = 40°)
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Ruptura em Cunha NE
SBC
Geoexplore
Bancada – 1 cunha (φj = 30°)
Bancada – 1 cunha ( φj = 30°)
Figura 5.9 – Resultados das análises cinemáticas – Ruptura em Cunha.
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
SBC
Família
B
3
B
1
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Local
Ruptura por Tombamento SW1
Geoexplore
φj
σ%
30°
40°
30°
40°
68
95
95
95
SBC
128
Risco
%
30
20
< 15
< 15
Local
Família
B
2
B
1
φj
30°
40°
30°
40°
σ%
68
68
95
95
Risco
%
65
20
< 15
< 15
Ruptura por Tombamento SW2
Geoexplore
Risco
Risco
Local Família
φj
σ%
%
%
30°
68
70
30°
95
65
B
2
B
2
40°
95
20
40°
95
35
30°
95
< 15
30°
95
< 15
B
1
B
1
40°
95
< 15
40°
95
< 15
1
30°
68
< 15
1
30°
95
< 15
TG
TG
2
30°
68
<5
2
30°
95
< 10
Figura 5.10 – Resultados das análises cinemáticas – Ruptura por Tombamento – SW1,
SW2.
Local
Família
φj
σ%
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
129
Ruptura por Tombamento NW
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
SBC
Local
Família
B
5
B
1
B
3
Geoexplore
φj
σ%
30°
40°
30°
40°
30°
40°
95
95
95
95
95
95
Risco
%
<1
<1
10
10
<1
<1
Local
Família
B
1
B
5
30°
95
Risco
%
10
40°
95
10
30°
68
50
40°
68
50
φj
σ%
Ruptura por Tombamento NE
SBC
Geoexplore
Risco
%
B
1
30°
68
20
B
1
30°
68
30
B
2
30°
95
20
Figura 5.11 – Resultados das análises cinemáticas – Ruptura por Tombamento – NW,
NE.
Local
Família
φj
σ%
Risco
%
Local
Família
φj
σ%
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
130
Tabela 5.3 – Resumo dos resultados das análises cinemáticas.
Tabela Resumo dos Resultados das Análises Cinemáticas
Setor
Local
Dados
Risco
NW
Planar
Bancada
SBC
Elevado
NE
SBC
Até 4 Cunhas
NW
Bancada
Geo
1 Cunha
Cunha
SBC
NE
Bancada
1 Cunha
Geo
SW1
Bancada
Geo
Médio
SBC
Elevado
SW2
Bancada
Tombamento
Geo
Médio
NW
Bancada
Geo
Médio
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Ruptura
Figura 5.12 – Setores da cava com seus respectivos tipos de ruptura possíveis de
ocorrer.
5.2.1.
Análise Crítica dos Resultados
Os dois conjuntos de dados utilizados acusaram rupturas em nível de
bancadas, confirmando o que era previsto pela observação das atitudes das
estruturas em relação aos taludes da cava. No caso da ruptura planar, somente
o conjunto de dados da SBC (2001) acusou este tipo de ruptura, pois se nota
neste mapeamento uma maior quantidade de atitudes paralelas ao talude, com
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
131
mergulhos desfavoráveis, o que não acusa no levantamento da Geoexplore
(2005). Por outro lado, os dados da Geoexplore (2005) foram bastante úteis, pois
mostraram a possibilidade de ocorrência de rupturas não apresentadas pela
SBC (2001) (tombamento no setor SW1 e NW), e confirmaram rupturas
apontadas como prováveis por esta empresa.
Logo, assim como é interessante utilizar-se de dois sistemas de
classificação de maciços rochosos diferentes, é proveitoso trabalhar-se com
dados de mapeamentos realizados por duas empresas diferentes, quando
possível, pois um conjunto de informação pode dar peso aos resultados obtidos
com o outro, ou podem-se perceber situações em um conjunto que talvez não
sejam observadas no outro.
Quedas de blocos advindos das possíveis rupturas em cunha e
tombamento poderiam ter sido estudadas, como continuidade das análises
cinemáticas, assim como análises de estabilidade por elementos finitos podem
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
ser realizadas, porém não constam no escopo do presente trabalho, ficando
assim como sugestão para continuidade nos estudos relacionados à estabilidade
dos taludes rochosos da mina de Morro da Mina.
5.3.
Análises de Estabilidade por Equilíbrio Limite de Seções Típicas
As análises por equilíbrio limite realizadas pela SBC (2001) foram globais,
e em quatro seções geomecânicas (S77N, S80N, S83N, e S86N) divididas em
seções SW e NE, de acordo com a sua setorização, totalizando 8 taludes globais
para análise de ruptura circular. Como os estudos hidrogeológicos da época não
estavam concluídos, a empresa adotou hipóteses em relação ao nível d’água
nos taludes, considerando estes secos, e com alguns níveis d’água, dependendo
da seção. Os resultados obtidos por esta empresa foram os seguintes:
• Taludes secos: os resultados para todos os taludes estudados foram
superiores ao valor mínimo de fator de segurança adotado para
empreendimentos mineiros (1,30). Os taludes foram considerados
estáveis.
• Taludes com nível d’água: dependendo da seção, duas ou mais
análises de estabilidade foram realizadas. As seções S77N-SW, S83NNE e S86N-SW apresentaram resultados abaixo de 1,30 quando o
nível d’água foi assumido próximo da superfície, porém, concluiu-se
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
132
que provavelmente os taludes não sofrerão influência significativa do
NA.
Entretanto, no presente trabalho, as análises por equilíbrio limite foram
voltadas para o estudo da estabilidade quanto à possibilidade de ruptura circular
e não-circular dos taludes globais e das bancadas, não verificadas desta forma
pela SBC (2001), e procurou-se comparar os resultados finais de ambos os
trabalhos como tentativa de validar a metodologia que está sendo apresentada,
onde os parâmetros de resistência adotados nas seções foram obtidos da
modelagem geomecânica proposta no Capítulo 4. O programa utilizado foi o
Slide 5.0, da Rocscience.
Desta forma, a escolha das posições das seções para as análises foi
baseada no seguinte critério:
• Utilização de seções em taludes importantes para o funcionamento da
mina, possuindo as rampas de acesso ao interior da cava (basicamente
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
os taludes dos setores SW1, SW2, e NW);
• Escolha de seções semelhantes às do estudo da SBC (2001), para
possibilidade de comparação entre os resultados (seções SW);
• Escolha de locais onde seja possível, ou onde já ocorreu, ruptura
circular, ou não-circular, levando-se em conta também os resultados
das análises cinemáticas;
• Procura de seções próximas a furos de sondagem para garantir uma
certa exatidão nos valores interpolados.
Logo, as seções escolhidas são as apresentadas a seguir e na Figura
5.13, onde seus nomes são os mesmos dos setores aos quais pertencem:
• Seção SW1: análises somente circular, tendo em vista que este tipo de
ruptura já ocorreu em nível de bancadas no talude, e que nesta parte
da mina, o intemperismo atuou de forma intensa, ou seja, o material do
talude apresenta-se comprometido.
• Seção SW2: análise somente circular. Esta parte da mina também está
comprometida pelo intemperismo.
• Seção NW: análises do tipo circular e não-circular, pois pela análise
cinemática, este talude possui grande chance de sofrer ruptura planar,
em nível de bancada, então, existem planos que podem colaborar para
uma possível ruptura não-circular. Portanto, este tipo de ruptura foi
estudado na região do talude NW, onde foi mapeada uma destas
descontinuidades com atitudes desfavoráveis.
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
133
• Seção NE: não foi analisada, porque não possui furos de sondagem em
seu talude, logo, os dados gerados são extremamente duvidosos, e o
talude está menos intemperisado que os das outras seções.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
NW
SW2
SW1
Figura 5.13 – Representação da localização das seções escolhidas para as análises de
estabilidade.
Os valores de parâmetros de resistência utilizados foram os obtidos na
etapa de modelagem geomecânica da mina. O Petrel 2004 gera arquivos de
saída com extensão .txt possuindo os valores dos dados modelados e as
locações 3D dos centros das células, onde estão localizados os dados. Portanto,
elaborou-se uma planilha para que estas locações fossem transformadas em 2D
(com utilização de Transformação Linear), para possibilitar a entrada dos
parâmetros no Slide 5.0 (Figura 5.14).
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
134
SW1
Petrel 2004 - c’ e φ’
Slide 5.0 - c’ e φ’
SW2
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Petrel 2004 - c’ e φ’
Slide 5.0 - c’ e φ’
NW
Petrel 2004 - c’ e φ’
Slide 5.0 - c’ e φ’
Figura 5.14 – Utilização dos parâmetros de resistência obtidos do Petrel 2004 no
programa Slide 5.0.
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
135
A profundidade das seções foi até a cota 850 m, e a geometria destas foi
retirada do programa AutoCAD 2004, pois os detalhes delas são perdidos na
apresentação dos resultados no Petrel 2004, e o Slide 5.0 aceita a importação
de arquivos de desenho com extensão .dxf, gerados pelo AutoCAD 2004.
Entretanto, no Petrel 2004, as seções de informações se apresentam
perpendiculares entre si, mas não totalmente perpendiculares ao local da onde
se deseja obter as propriedades, pois são criadas de forma automática, de
acordo com o Grid, e o programa não permite rotacioná-las posteriormente para
uma posição desejada. Desta forma, para suavizar este problema, no início da
modelagem geométrica, girou-se o Grid do modelo inteiro (o que é permitido) em
um ângulo médio aos 3 taludes de interesse (61,5°), de forma que estas seções
ficassem o mais perpendiculares possíveis a estes, mas ainda assim, a seção
SW2 gerada pelo programa se apresentou bem oblíqua em relação ao talude do
setor SW2. As outras seções dos outros setores estão de forma aceitável. Para
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
manter a coerência entre as informações geradas e a sua localização no talude,
respeitou-se esta conformação na retirada da geometria no AutoCAD 2004.
Com relação ao nível d’água, de acordo com o relatório da MDGEO
(2001), a mina de Morro da Mina está inserida dentro de um sistema aqüífero
fraturado anisotrópico, onde duas unidades aqüíferas foram identificadas, e 4
nascentes foram mapeadas, 2 situadas dentro da cava, e 2 situadas nos taludes.
De modo geral, este sistema é pouco expressivo, se apresentando localizado, e
possuindo pouca probabilidade de sofrer influência dos córregos e nascentes ao
redor da região da cava. Sendo assim, estudaram-se dois tipos de caso, em
relação à água:
• Talude seco;
• Talude com um nível d’água hipotético, onde a linha freática encontra as
nascentes.
Para realização das análises de estabilidade com o software Slide 5.0, foi
necessária ainda a definição de camadas de materiais diferentes ao longo das
seções inseridas no programa, pois o software permite que c’ e φ’ sejam
assumidos pontualmente por toda uma seção, mas o peso específico da rocha
(γ) não, logo, torna-se importante definir camadas de material onde cada uma
possua seu próprio valor de γ. Adotou-se o seguinte procedimento para isto:
Como não se extrapolou valores de γ para o modelo todo, analisou-se qual
das 5 propriedades modeladas (RQD, Q, RMR, c’, φ’) teria uma melhor
correlação com o γ, para definir-se as camadas de acordo com as divisões
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
136
geradas no Petrel 2004, e não de acordo com as posições de litologias
representadas nos mapas geológicos elaborados pela empresa SBC Ltda., pois,
para análises de estabilidade, mais importante do que a representação de
litologias
são
os
valores
dos
parâmetros
de
resistência
distribuídos
pontualmente, junto com a posição de estruturas geológicas que podem
influenciar na estabilidade, assim, preferiu-se seguir a divisão das propriedades
geradas pelo Petrel, e não a posição suposta para as litologias abaixo da
superfície representadas nos mapas. Adotou-se a divisão gerada para φ’ (Figura
5.15).
Verificou-se uma correlação entre os valores de γ estimados para entrada
no programa RocData 4.0 e os valores de φ’ calculados por este programa,
ambos apresentados no Capítulo 3. Porém, não foram levados em conta os
valores para o Minério e para o Filito, pois estes são discrepantes dos das
≈
Petrel 2004
Slide 5.0
Figura 5.15 – Idealização das camadas de material no programa Slide 5.0, a partir dos
resultados obtidos do programa Petrel 2004, para a propriedade φ’.
y = 4988.62x - 84.27
2
R = 0.89
60.00
50.00
40.00
PHI
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
demais rochas (Figura 5.16).
30.00
20.00
10.00
0.00
0.017
0.019
0.021
0.023
0.025
0.027
0.029
Peso Específico
Figura 5.16 – Correlação entre os valores de φ’ (°) e γ (MN/m³) assumidos para as rochas
da mina de Morro da Mina.
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
137
A partir das divisões de φ’ geradas pelo Petrel 2004, definiram-se as
camadas de material no Slide 5.0, e os valores de γ para estas camadas foram
calculados com utilização da correlação anterior e dos valores médios de φ’
obtidos destas divisões no Petrel 2004, conforme mostra o esquema da Figura
5.17.
y = 4988.62x - 84.27
2
R = 0.89
60.00
50.00
PHI
40.00
30.00
20.00
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
10.00
0.00
0.017
0.019
0.021
0.023
0.025
0.027
0.029
Peso Espe cífico
SW1
SW2
NW
Camadas
Camada 1
Camada 2
Camada 3
Camada 4
Camada 5
Camada 1
Camada 2
Camada 3
Camada 4
Camada 5
Camada 6
Camada 1
Camada 2
Camada 3
Camada 4
PHI (y)
27.50
32.50
37.50
45.00
55.00
17.50
25.00
32.50
37.50
42.50
50.00
37.50
42.50
47.50
52.50
Peso Espec (x)
22.40
23.41
24.41
25.91
27.92
20.40
21.90
23.41
24.41
25.41
26.92
24.41
25.41
26.41
27.42
Figura 5.17 – Esquema ilustrativo das etapas de definição de γ para as camadas de
material no programa Slide 5.0.
O programa Slide 5.0 oferece diversos métodos de cálculo para as
análises
de
estabilidade,
assim,
utilizaram-se
os
seguintes
métodos
consagrados: Fellenius, Bishop Simplificado, Janbu Simplificado, Spencer, e
Morgenstern-Price. A Tabela 5.4 resume os casos estudados, e nas Figuras 5.18
a 5.20 são apresentados os resultados obtidos.
Tabela 5.4 – Resumo dos casos estudados.
Seções
SW1
SW2
NW
Talude Seco
Circular - Global
Circular - Bancada 2
Circular - Bancada 1
Circular - Bancada 3
Circular - Global
Circular - Bancada 1
Circular - Bancada 2
Circular - Global
Circular - Bancada 1
Não-Circular - Global
Circular - Bancada 2
Talude com Nível d’água
Circular - Global
Circular - Global
Circular - Global
Não-Circular - Global
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
Figura 5.18 – Resultados das análises de estabilidade para a Seção SW1.
138
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
Figura 5.19 – Resultados das análises de estabilidade para a Seção SW2.
139
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
Figura 5.20 – Resultados das análises de estabilidade para a Seção NW.
140
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
141
5.3.1.
Análise Crítica dos Resultados
Obtiveram-se Fatores de Segurança extremamente elevados (entre 3,420
e 11,916), ou seja, de acordo com estes resultados não é esperado ocorrerem
rupturas, o que não condiz com a realidade, pois na região superior da seção
SW1 já ocorreu uma ruptura circular em nível de bancadas. Os resultados
elevados de FS podem ser devido aos seguintes fatores, apresentados em
ordem decrescente de relevância:
• Os valores dos parâmetros de resistência estimados: conforme exposto
no Capítulo 3, foi necessário estimar os parâmetros devido a não
existência de ensaios de laboratório, porém obtiveram-se valores de c’
muito elevados, o que torna as estimativas pouco conservadoras,
contribuindo fortemente para a elevação dos FS;
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
• A geometria das seções analisadas: conforme já explicado, não se
trabalhou com as inclinações verdadeiras das bancadas, pois as
seções não estão completamente perpendiculares aos taludes,
gerando assim bancadas com inclinações mais suaves que as reais;
• O resultado da Krigagem: de acordo com o mencionado anteriormente,
a influência da interpolação pode ser observada na Figura 5.21, onde
estão representados juntos os resultados do Upscaling e da Krigagem.
Esperava-se que a camada de material fraco (cor rosa) se distribuísse
na região onde os furos apresentam esta informação, mas isto não
ocorreu, acreditando-se que seja devido aos valores pequenos de
alcances dos semivariogramas;
• A distribuição de camadas adotadas: por ser baseada nas divisões
geradas pelo Petrel 2004, este motivo tem vínculo com o do resultado
da Krigagem.
Com relação a não perpendicularidade das seções aos taludes, este
problema poderia ter sido evitado criando-se modelos separados para cada setor
da mina, onde cada um teria uma definição diferente de Grid, e assim, estas
seções poderiam ficar exatamente perpendiculares aos taludes da cava da mina.
Porém, a análise geoestatística poderia ser afetada, pois devido à distribuição
espacial dos furos de sondagem, alguns modelos possuirão mais furos que os
outros, influindo no resultado final total, que poderá possuir mais regiões com
informações pouco confiáveis. A utilização de modelos separados fica como
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
142
sugestão para futuras pesquisas, sendo interessante testar em uma distribuição
espacial de furos mais regular que a apresentada no presente trabalho.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
SW2
SW1
NW
SW2
SW1
SW2
SW1
Figura 5.21 – Visualização dos resultados do Upscaling e da interpolação por Krigagem
da propriedade c’.
Na etapa de definição das camadas de material, poder-se-ia ter usado os
valores de σci (estimados para entrada no programa RocData 4.0) para obter
uma correlação com γ, porém, depois seria necessário verificar qual das 5
propriedades modeladas pelo Petrel 2004 representaria a possível divisão de σci
Análises de Estabilidade dos Taludes da Mina
143
caso tivesse sido interpolado, e ainda obter uma correlação com ele, o que em
comparação com o procedimento adotado seria menos exato, por ser mais
indireto.
Os resultados de Fatores de Segurança da SBC (2001) possuem ordem de
grandeza coerentes com o que geralmente se obtém na prática, o que não foi
alcançado no presente trabalho, entretanto, não foi possível averiguar a
geometria e as camadas de material adotadas na época para as análises no
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Slide 5.0, pois estas informações não se encontravam no conjunto obtido.
6
Conclusões e Sugestões
6.1.
Conclusões
O presente trabalho propôs uma metodologia para elaboração de modelos
geológicos e geomecânicos (3D) e realização de análises de estabilidade (2D)
de taludes rochosos de minas a céu aberto, utilizando-se a ferramenta
computacional Petrel 2004 como auxiliador na etapa de modelagem geológica e
geomecânica, e na visualização da distribuição espacial de parâmetros de
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
resistência no corpo do maciço, através das técnicas geoestatísticas, cujo
potencial de uso na área de geotecnia de mineração foi evidenciado. A mina de
Morro da Mina, pertencente à empresa VALE, foi utilizada neste trabalho, onde
sua cava foi modelada. Seções geomecânicas foram geradas e utilizadas em
análises de estabilidade global e local dos taludes da mina estudada.
Do conjunto de informações que compõem a caracterização geotécnica da
mina de Morro da Mina, para realização da modelagem e análises de
estabilidade, foram utilizados basicamente os seguintes dados:
• Mapas topográficos, com a geometria da mina;
• Relatórios sobre a geologia estrutural e seu mapeamento, sendo
interessante a presença de plantas com a localização de onde a
estrutura foi levantada;
• Relatórios sobre as análises de estabilidade realizadas nos taludes da
mina;
• Locação e descrição dos furos de sondagem, contendo informações
sobre litologia, resistência da rocha, RQD (Deere et al., 1967), e índices
de qualidade Q e RMR, dos sistemas de classificação de Barton et al.
(1974) e Bieniawski (1976), respectivamente.
É interessante o uso de dois sistemas de classificação, conforme é
aconselhado por Hoek (2007), porém o valor do índice de qualidade RMR
deveria ter sido calculado pela avaliação dos itens deste sistema, somando-se
assim os pesos, e não pela correlação através de fórmulas, pois não se sabe até
Conclusões e Sugestões
145
que ponto esta correlação é aplicável aos tipos rochosos presentes na mina, e
até mesmo no Brasil.
Com relação à subjetividade existente na metodologia apresentada, no que
diz respeito à utilização do programa Petrel 2004, decisões subjetivas foram
tomadas na menor quantidade possível, pois este trabalha sozinho durante a
maior parte do tempo e o modo como a análise geoestatística é executada faz
com que seja possível mais de uma pessoa encontrar os mesmos resultados dos
semivariogramas, se o conjunto de dados de entrada for o mesmo.
Entretanto, algumas informações das descrições dos furos de sondagem
são baseadas em avaliações pessoais da parte do profissional encarregado
desta tarefa, tais como o Grau de Alteração da rocha e os valores dos pesos dos
itens dos Sistemas de Classificação Geomecânica, podendo isto influenciar na
fidelidade dos resultados da modelagem.
Além disto, os parâmetros de resistência c’ e φ’ tiveram de ser estimados,
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
pois ensaios de laboratório não haviam sido executados, e para isto optou-se por
utilizar o Critério de Ruptura de Hoek-Brown Generalizado (Hoek et al., 2002), no
programa RocData 4.0, sendo esta tarefa bastante subjetiva, o que interferiu
bastante nos resultados das análises de estabilidade. No presente trabalho, o
ideal seria trabalhar com resultados de ensaios de laboratório, e não valores
estimados, pois desta forma o modelo gerado representaria mais fortemente a
realidade do maciço da mina.
O programa Petrel 2004 mostrou-se bastante útil, apresentando uma boa
interface visual com usuário e auxiliando na etapa de modelagem geológica e
geomecânica, possibilitando-se assim a visualização espacial do maciço onde
está inserida a cava da mina, e de qual seção retirar para analisar sua
estabilidade. Por outro lado, para este tipo de problema, que é a modelagem
geomecânica da mina de Morro da Mina, a versão do Petrel utilizada
apresentou-se um pouco limitada, principalmente na parte de análise
geoestatística, não fornecendo alternativas de modelos teóricos para ajuste, o
que é perfeitamente compreensível, pois o programa é originalmente criado para
utilização em estudos envolvendo litologias menos complexas.
Todavia, conforme mencionado antes, a parte de visualização 3D do
maciço da mina é de grande auxílio, e deve ser explorada mais. A versão
posterior (2007) apresenta a possibilidade de utilização do programa Isatis, da
Geovariances, para análises geoestatísticas, o que é interessante, pois este
programa é bastante completo, com várias ferramentas de tratamento estatístico
Conclusões e Sugestões
146
e geoestatístico dos dados, que junto com a interface visual excelente do Petrel,
formarão uma dupla perfeita para modelagem, até o presente momento.
Na parte de análise geoestatística, pode-se dizer que quantidade de furos
não significa qualidade na modelagem; junto com a quantidade tem que vir uma
distribuição espacial adequada dos furos, evitando-se a formação de “ninhos” de
amostras, pois a geração dos semivariogramas irá depender do número de
pares de amostras, que depende da geometria do cone de busca, e esta por sua
vez depende da distribuição espacial daquelas.
Assim,
as
duas perguntas
seguintes
estão relacionadas
com a
conformação do semivariograma: quão similares são dois valores posicionados
próximos entre si? (existe efeito pepita?), e quão longe dois pontos devem estar
antes de não existir relação entre eles? (alcance). A distribuição espacial influi na
resposta a estas perguntas, onde um arranjo inapropriado pode mascarar os
valores “reais” de efeito pepita (existe uma variabilidade muito grande em
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
pequena escala ou há erro na amostragem?) e alcance para a variável
regionalizada estudada. Os semivariogramas são base para a maioria dos
métodos de interpolação, e desta forma, a qualidade da modelagem depende da
representatividade dos semivariogramas.
Percebeu-se que a geologia do local estudado também influiu na
modelagem, pois a mina examinada apresenta diversos tipos litológicos
encaixados uns nos outros, o que impede a continuidade espacial das
informações, causando o aparecimento do “Efeito de Furo”, que de certo modo
interfere nas estimativas por Krigagem, pela questão dos pesos das amostras
serem obtidos dos semivariogramas.
Com relação às análises de estabilidade realizadas, a preocupação deve
se voltar para as bancadas dos taludes, o que foi mostrado nas análises
cinemáticas, porém, tanto estas quanto as análises por equilíbrio limite acusam a
não possibilidade de ruptura global dos taludes. Entretanto, recentemente
ocorreu uma pequena ruptura circular envolvendo algumas bancadas no setor
SW1, o que não foi constatado nestas análises, onde as possíveis causas para
isto foram apresentadas na parte de análise crítica deste assunto.
A utilização de resultados de análises geoestatísticas em atividades
diversas, tais como a análise de estabilidade realizada no presente trabalho,
torna-se um desafio, tanto na manipulação/atualização dos dados, pois o
conjunto utilizado deve condizer com a aplicação que se deseja dar ao modelo,
quanto na interpretação adequada dos resultados. Desta forma, estes resultados
são controlados “pelo modelo teórico adotado e seus parâmetros, os quais
Conclusões e Sugestões
147
podem se mostrar errados na medida em que novos dados venham a ser
acrescentados” ao modelo (Landim, 2003).
Por outro lado, a metodologia apresentada gera um fluxo de trabalho que
pode ser aplicado na prática, entretanto, a etapa que exige maior atenção é a
análise geoestatística, de acordo com o já mencionado. Mas, conforme os
estudos sobre este assunto forem avançando, mais conhecimento e experiência
serão obtidos, e assim a presente metodologia poderá ser aprimorada.
6.2.
Sugestões
Para continuação desta linha de pesquisa, é sugerida que outros maciços
rochosos de minas sejam modelados, com utilização do software Petrel 2004 ou
as versões posteriores, onde o maciço possua características diferentes do
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
apresentado neste trabalho, e levem-se em conta as seguintes melhorias com
relação à metodologia, sendo as cinco primeiras relacionadas direto com o
programa Petrel, tendo em vista o conhecimento de suas outras funcionalidades
e limitações:
• Entender melhor como o programa gera os Horizons a partir dos Well
Tops, para possibilitar a criação de mais zonas, tornando o modelo
complexo, pois neste trabalho preferiu-se manter o modelo simplificado;
• Estudar a aplicação das demais transformações apresentadas na Tab
Transformations, dentro da função Data Analysis, visando à eliminação
total
de
tendências
dos
dados,
tornando
desta
forma
os
semivariogramas completamente estacionários;
• Modelar trechos da mina separados e analisar se os resultados diferem
muito dos da mina completa; por outro lado, isto seria a solução para o
problema das seções não serem geradas efetivamente perpendiculares
aos taludes, podendo-se desta forma respeitar a geometria real das
bancadas;
• Verificar a possibilidade de uso da ferramenta de “Projeto de Poços” e
extração de logs para avaliar o erro de estimativa, da seguinte forma:
criar um modelo geomecânico sem utilização de um dos furos de
sondagem; em seguida, projeta-se aquele furo não utilizado e obtêm-se
as informações ao longo dele, das células por onde ele passa. Assim
pode-se comparar o log verdadeiro do furo de sondagem com o log
Conclusões e Sugestões
148
obtido quando se projetou este, verificando-se a coerência entre as
informações (“Jack-Knifing”);
• Ainda utilizando-se este software, pesquisar como inserir informações
de atitudes de descontinuidades ao longo dos furos de sondagem,
possibilitando assim a visualização espacial destas;
• Estudar uma melhor distribuição dos furos de sondagem, e sua
quantidade, para utilização nas análises geoestatísticas e modelagem
geomecânica da mina de Morro da Mina, ou de outras minas a céu
aberto, mantendo o enfoque geotécnico. Este tipo de trabalho consiste,
na verdade, em verificar se o modelo gerado é Robusto ou não, ou seja,
se aquela quantidade de furos e sua distribuição foram suficientes para
gerar um modelo representativo da região estudada ou não, onde, se
for Robusto, com o acréscimo de furos, o modelo sofrerá pequenas
modificações, e em caso contrário, muitas modificações serão
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
observadas com o acréscimo de informações;
• Verificar se a correlação proposta por Bieniawski (1976) é realmente
válida para o local da mina de Morro da Mina, através da aplicação dos
dois sistemas de classificação (Bieniawski, 1976; Barton et al., 1974).
Caso contrário, propor uma nova correlação, aplicável para a região da
mina, ou um Sistema de Classificação Geomecânico específico para
este local, ou propor para outra mina;
• Dar continuidade nas análises de estabilidade, acrescentando-se
análises de quedas de blocos, e outros tipos, tais como análises
probabilísticas e por elementos finitos.
Referências Bibliográficas
ABRÃO, P. C., OLIVEIRA, S. L. Mineração. In: ___ Geologia de Engenharia. 4ª
Reimpressão. São Paulo: ABGE, 2004. p. 431-438.
ALBUQUERQUE, R., BRITO, S., RODRIGUES, R. L., NIEBLE, C. M. Modelo
Geomecânico da Mina de Ouro de Fazenda Brasileiro – CVRD. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA DE ENGENHARIA, 6°.
COBRAMSEF, IX. 1990, Salvador. Anais... São Paulo: ABGE, ABMS, 1990. p.
1-10.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
ALMEIDA, R. M. R. Classificação Geomecânica de Itabiritos em Mineração a
Céu Aberto – Quadrilátero Ferrífero – Minas Gerais. 1994. 110p. Dissertação
de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio, Rio de Janeiro, 1994.
ASSIS, A. P., ESPOSITO, T. J., ALMEIDA, M. G. G. Comparação entre Dois
Métodos Probabilísticos na Análise da Estabilidade de um Talude de Mina. In:
PAN-AMERICAM SYMPOSIUM ON LANDSLIDES, II. COBRAE, II. 1997, Rio de
Janeiro. Anais... São Paulo: ABMS, 1997. p. 347-352.
AZEVEDO, A. A., FILHO, J. L. A. Águas Subterrâneas. In: ___ Geologia de
Engenharia. 4ª Reimpressão. São Paulo: ABGE, 2004. p. 111-130.
AZEVEDO, I. C. D., MARQUES, E. A. G. Introdução à Mecânica das Rochas.
Viçosa: Editora UFV, 2002. 361p.
BARLA, G., SCAVIA, C., ANTONELLIS, M., GUARASCIO, M. Characterization of
Rock Mass by Geoestatistical Analysis at the Massua Mine. In: International
Congress on Rock Mechanics, 6th. 1987, Montreal. Proceedings of the 6th
International Congress on Rock Mechanics. Montreal. 1987. p. 777-786.
BARTON, N. Scale Effects or Sampling Bias? In: ___Scale Effects in Rock
Masses. Rotterdam: Balkema. 1990. p. 31-55.
BARTON, N., BANDIS, S. Review of Predictive Capabilities of JRC-JCS Model in
Engineering Practice. In: International Symposium on Rock Joints. 1990, Loen.
Proceedings of the International Symposium on Rock Joints. Rotterdam:
Balkema. 1990. p. 603-610.
BARTON, N., LIEN, R., LUNDE, J. Engineering classification of rock masses
for the design of tunnel support. Rock Mechanics, 6, Nº 4. p. 189-236. 1974.
BIENIAWSKI, Z. T. Engineering classification of jointed rock masses. Trans.
S. Afr. Inst. Civ. Engrs. 15. p. 335-344. 1973.
BIENIAWSKI, Z. T. Geomechanics classification of rock masses and its
application in tunnelling. Advances in Rock Mechanics. Washington: Nat.
Acad. Sci., 2 (A), p. 27-32. 1974.
Referências Bibliográficas
150
BIENIAWSKI, Z. T. Rock mass classification in rock engineering. In: Exploration
for Rock Engineering. 1976, Johannesburg. Proceedings of the Symposium on
Exploration for Rock Engineering. Cape Town: Balkema. 1. 1976. p. 97-106.
BIENIAWSKI, Z. T. The geomechanics classification in rock engineering
applications. In: Congress Int. Soc. Rock Mech., Xth. 1979, Montreux.
Proceedings of the Xth Congress Int. Soc. Rock Mech. 2. 1979. p. 41-48.
BIENIAWSKI, Z. T. Engineering rock mass classifications: A Complete
Manual for Engineers and Geologists in Mining, Civil, and Petroleum
Engineering. New York: John Wiley & Sons, 1989. 251p.
BITTENCOURT, J. S., MORESCHI, J. B. Recursos Minerais. In: ___ Decifrando
a Terra. 2ª Reimpressão. São Paulo: Oficina de Textos, 2003. p. 445-470.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
CASTRO, W. J. Síntese de Estudos de Estabilidade de Taludes de Minas de
Minério de Ferro do Quadrilátero Ferrífero - MG. 2004. 202p. Dissertação de
Mestrado. Departamento de Engenharia Civil da Escola de Minas, UFOP, Ouro
Preto, 2004.
CAVALCANTE, R. F., ASSIS, A. P. Estudo da Estabilidade de Taludes de
Grande Altura em Mineração Através de Métodos Tensão-Deformação. In: PANAMERICAM SYMPOSIUM ON LANDSLIDES, II. COBRAE, II. 1997, Rio de
Janeiro. Anais... São Paulo: ABMS, 1997. p. 269-276.
CHIASSON, P., LAFLEUR, J., SOULIÉ, M., TIM LAW, K. Characterizing Spatial
Variability of a Clay Geostatistics. Can. Geotech. J., 32, p. 1-10. 1995.
CORRÊA, L. S. Avaliação de Ferramentas Computacionais para
visualização do Subsolo da Região do Méier, Rio de Janeiro. 2001. 66p.
Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio, Rio de
Janeiro, 2001.
CUNHA, A. P. Scale Effects in Rock Mechanics. In: ___Scale Effects in Rock
Masses. Rotterdam: Balkema. 1990. p. 3-27.
DE CAMPOS, T. M. P. Análise de Estabilidade: Métodos, Parâmetros e
Pressões Neutras. Artigo Técnico. Pontifícia Universidade Católica do Rio de
Janeiro. Departamento de Engenharia Civil. Rio de Janeiro. 1985.
DEERE, D. U., HENDRON, A. J., PATTON, F. D., CORDING, E. J. Design of
surface and near surface construction in rock. In: Failure and breakage of rock
Symposium, 8th. 1967. Proceedings of the 8th Failure and breakage of rock
Symposium. New York: C. Fairhurst Ed. 1967. p. 237-302.
DINIZ, R. A. V., CELESTINO, T. B., STURARO, J. R. Estudo da Classe de
Maciços Rochosos em Função do Parâmetro Q de Barton por Análise
Geoestatística. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA DE
ENGENHARIA, 8°. 1996, Rio de Janeiro. Anais... São Paulo: ABGE, 1996. p.
755-766.
DURAND, A., ASSIS, A. P. Estudo de Estabilidade de Taludes em Mineração
Através de Classificação Geomecânica. In: PAN-AMERICAM SYMPOSIUM ON
LANDSLIDES, II. COBRAE, II. 1997, Rio de Janeiro. Anais... São Paulo: ABMS,
1997. p. 319-328.
Referências Bibliográficas
151
DURAND, A. Estudo de Estabilidade de Taludes em Mineração a Partir de
Classificação Geomecânica. 1995. 192p. Dissertação de Mestrado.
Departamento de Engenharia Civil, Unb, Brasília, 1995.
FARIAS, R. N. S., ALBUQUERQUE JR., F. S., YAMAMOTO, J. K. O Uso da
Geoestatística na Caracterização do Subsolo do Município de Campos dos
Goytacazes - RJ. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE MECÃNICA DOS SOLOS
E ENGENHARIA GEOTÉCNICA, XIII. 2006, Curitiba. Anais... São Paulo: ABMS,
2006.
FONSECA, M. A., SOBREIRA, F. G. O Escorregamento no Bairro da Piedade,
Ouro Preto, Minas Gerais: Processos de Instabilidade em Antigas Áreas de
Mineração. In: PAN-AMERICAM SYMPOSIUM ON LANDSLIDES, II. COBRAE,
II. 1997, Rio de Janeiro. Anais... São Paulo: ABMS, 1997. p. 139-144.
FRANKLIN, J., BROCH, E., WALTON, G. Logging the mechanical character
of rock. Trans. Instn. Min. Metall. 81. Sect. A. p. 43. 1971.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
GALBIATTI, H. F. Ruptura Oblíqua Condicionada por Falha Transcorrente na
Cava a Céu Aberto da Mina do Cauê, Itabira, MG. 2006. 99p. Dissertação de
Mestrado. Departamento de Engenharia Civil da Escola de Minas, UFOP, Ouro
Preto, 2006.
GEOEXPLORE. Mapeamento Geológico e Análise Estrutural do Morro da
Mina – Conselheiro Lafaiete – MG. 2005. 66p. Relatório Interno. Rio Doce
Manganês, VALE, Conselheiro Lafaiete, 2005.
GONZAGA, G. G. Análise da Variabilidade Espacial de Propriedades
Mecânicas de um Maciço Gnáissico através de uma Abordagem
Geoestatística. 1996. 165p. Dissertação de Mestrado. Departamento de
Engenharia Civil, PUC-Rio, Rio de Janeiro, 1996.
GOODMAN, R. E. Introduction to Rock Mechanics. 2 ed. New York: John
Wiley & Sons, 1989. 562p.
GUIDICINI, G., NIEBLE, C. M. Estabilidade de Taludes Naturais e de
Escavação. 2 ed. São Paulo: Editora Edgard Blücher, 1984. 196p.
HACK, R., ORLIC, B., OZMUTLU, S., ZHU, S., RENGERS, N. Three and more
dimensional modeling in geo-engineering. Bull. Eng. Geol. Env., 65. p. 143153. 2006.
HOEK, E. Strength of Jointed Rock Masses, 23rd. Rankine Lecture.
Géotechnique, 33, Nº 3. p. 187-223. 1983.
HOEK, E. Estimating Mohr-Coulomb friction and cohesion values from the
Hoek-Brown failure criterion. Intnl. J. Rock Mech. Mining Sci. & Geomechanics
Abstracts, 27, Nº 3. p. 227-229. 1990.
HOEK, E. Strength of Rock and Rock Masses. ISRM News Journal, 2, Nº 2. p.
4-16. 1994.
HOEK, E. Practical Rock Engineering. North Vancouver. 2007. Disponível em:
www.rocscience.com. Acesso em: 27 de fevereiro de 2007. Notas de Aula.
Referências Bibliográficas
152
HOEK, E., BRAY, J. W. Rock Slope Engineering. 3 ed. London: Institution of
Mining and Metallurgy, 1981. 358p.
HOEK, E., BROWN, E. T. Underground Excavations in Rock. London:
Institution of Mining and Metallurgy, 1980a. 527p.
HOEK, E., BROWN, E. T. Empirical Strengh Criterion for Rock Masses.
Journal of Geotech. Engng. Div. ASCE. Nº GT9. 106. p. 1013-1035. 1980b.
HOEK, E., BROWN, E. T. The Hoek-Brown Failure Criterion – a 1988 Update. In:
Canadian Rock Mechanics Symposium, 15th. 1988, Toronto. Proceedings of the
15th Canadian Rock Mechanics Symposium. Toronto: J. H. Curran. Ed. 1988.
p. 31-38.
HOEK, E., BROWN, E. T. Practical Estimates of Rock Mass Strength. Intnl. J.
Rock Mech. Mining Sci. & Geomechanics Abstracts, 34, Nº 8. p. 1165-1186.
1997.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
HOEK, E., CARRANZA-TORRES, C., CORKUM, B. Hoek-Brown Failure
Criterion - 2002 Edition. In: North American Rock Mechanics Symposium, 5th.
2002. Toronto. Proceedings of the 5th North American Rock Mechanics
Symposium. Toronto. 1. 2002. p. 267-273.
HOEK, E., KAISER, P. K., BAWDEN, W. F. Support of Underground
Excavations in Hard Rock. Rotterdam: Balkema, 1995. 210p.
HOEK, E., MARINOS, P. A Brief History of the Development of the HoekBrown Failure Criterion. Soils and Rocks, 30, Nº 2. p. 85-92. 2007.
HOEK, E., READ, J., KARZULOVIC, A., CHEN, Z. Y. Rock Slopes in Civil and
Mining Engineering. In: International Conference on Geotechnical and Geological
Engineering. 2000. Melbourne. Proceedings of the International Conference
on Geotechnical and Geological Engineering. Melbourne. 2000. p. 1-16.
INNOCENTINI, M. D. M. Modelagem Geomecânica e Hidrogeológica e
Análise de Estabilidade de Taludes da Mina de Gongo Soco – CVRD. 2003.
256p. Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil da Escola de
Minas, UFOP, Ouro Preto, 2003.
INNOCENTINI, M. D. M., GOMES, R. C. Geomechanical and hydrogeological
modelling of the Gongo Soco mine slopes. In: International Symposium on
Landslides: Evaluation and Stabilization, IX. 2004, Rio de Janeiro. Proceedings
of the IX International Symposium on Landslides: Evaluation and
Stabilization. London: Balkema. 2004. p. 521-526.
INNOCENTINI, M. D. M., GOMES, R. C., ALVARES, R. A. Slope stability
analyses of the Gongo Soco Mine/Brazil. In: International Symposium on
Landslides: Evaluation and Stabilization, IX. 2004, Rio de Janeiro. Proceedings
of the IX International Symposium on Landslides: Evaluation and
Stabilization. London: Balkema. 2004. p. 527-532.
Referências Bibliográficas
153
INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS - INPE. Divisão de
Processamento de Imagens. Geoestatística: Fundamentos e Aplicações.
1998. Cap. 5. Apostila do Curso “Geoprocessamento para Projetos Ambientais”,
oferecido por CAMARGO, E. C. G. nos Congressos GIS Brasil (96,97 e 98) e
Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto (96 e 98). Disponível em:
http://www.dpi.inpe.br/gilberto/tutoriais/gis_ambiente/. Acesso em: 01 de março
de 2007. 36p.
ISAAKS, E. H., SRIVASTAVA, R. M. An Introduction to Applied Geostatistics.
New York: Oxford University Press, Inc..1989. 561p.
ISRM. Suggested methods for the quantitative descriptions of
descontinuites in rock masses. Intnl. J. Rock Mech. Mining Sci. &
Geomechanics Abstracts, 15. p. 319-388. 1978.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
JAKSA, M. B., KAGGWA, W. S., BROOKER, P. I. Geoestatistical modelling of
the spatial variation of the shear strength of a stiff, overconsolidated clay. In:
Conference on Probabilistic Methods in Geotechnical Engineering. 1993,
Camberra. Proceedings of the Conference on Probabilistic Methods in
Geotechnical Engineering. Rotterdam: Balkema. 1993. p. 185-194.
KANJI, M. A. Estabilidade de Taludes Rochosos em Obras Civis. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE MECÃNICA DOS SOLOS E ENGENHARIA
GEOTÉCNICA, XIII. 2006, Curitiba. Anais... São Paulo: ABMS, 2006.
KARZULOVIC, A. The Importance of Rock Slope Engineering in Open Pit Mining
Business Optimization. In: International Symposium on Landslides: Evaluation
and Stabilization, IX. 2004, Rio de Janeiro. Proceedings of the IX International
Symposium on Landslides: Evaluation and Stabilization. London: Balkema.
2004. p. 443-456.
KIRKALDIE, L., WILLIAMSON, D. A., PATTERSON, P. V. Rock material field
classification procedure. In: ___ Rock classifications Systems for Engineering
Purposes – ASTM STP 984. Philadelphia: ASTM, 1988. p. 32-33.
KLENGEL, K. J. Types of rock slopes – possibilities of classification and
derivation of corrective measures. Bulletin of the International Association of
Engineering Geology, 17, p. 52-55. 1978.
LANA, M. S., GRIPP, M. F. A., GRIPP, A. H. Aplicação da Análise Cinemática de
Blocos Rígidos para Identificação de Mecanismos de Ruptura em Taludes. In:
PAN-AMERICAM SYMPOSIUM ON LANDSLIDES, II. COBRAE, II. 1997, Rio de
Janeiro. Anais... São Paulo: ABMS, 1997. p. 389-396.
LANDIM, P. M. B. Análise estatística de dados geológicos. São Paulo: Editora
UNESP, 2003. 253p.
LAPOINTE, P. R. Improved Numerical Modeling of Rock Masses Through
Geoestatistical Characterization. In: U. S. Symposium on Rock Mechanics, 22nd.
1981. Proceedings of the 22nd U. S. Symposium on Rock Mechanics. 1981.
p. 386-391.
LAUBSCHER, D. H. Geomechanics classification of jointed rock masses –
mining applications. Trans. Instn. Min. Metall. 86. p. A1-A8. 1977.
Referências Bibliográficas
154
LAUBSCHER, D. H. A geomechanics classification system for the rating of
rock mass in mine design. J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 90, Nº 10. p. 257-273.
1990.
LAUBSCHER, D. H., TAYLOR, H. W. The importance of geomechanics
classification of jointed rock masses in mining operations. In: Exploration for Rock
Engineering. 1976, Johannesburg. Proceedings of the Symposium on
Exploration for Rock Engineering. Cape Town: Balkema, 1. 1976. p. 119-128.
LAUFFER, H. Gebirgsklassifizierung für den Stollenbau. Geol. Bauwesen, 24,
Nº 1. p. 46-51. 1958.
LEINZ, V., AMARAL, S. E. Geologia Geral. 14 ed. São Paulo: Companhia
Editora Nacional, 2001. 399p.
MARINOS, V., MARINOS, P., HOEK, E. The geological strength index:
applications and limitations. Bull. Eng. Geol. Env., 64. p. 55-65. 2005.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
MASSAD, F. Obras de Terra: Curso Básico de Geotecnia. São Paulo: Oficina
de Textos, 2003. 170p.
MDGEO. Modelo Hidrogeológico Físico da Mina Morro da Mina – Sociedade
Mineira de Mineração Ltda.. 2001. 13p. Relatório Interno. Rio Doce Manganês,
VALE, Conselheiro Lafaiete, 2001.
MENEZES FILHO, A. P. Uma Abordagem Unificada do Efeito de Escala em
Rochas pela Geometria Fractal. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA
DE ENGENHARIA, 8°. 1996, Rio de Janeiro. Anais... São Paulo: ABGE, 1996.
p. 777-787.
MIOTO, J. A., COELHO, L. F. M. Estado de Tensão dos Maciços Rochosos. In:
___ Geologia de Engenharia. 4ª Reimpressão. São Paulo: ABGE, 2004. p. 153161.
NASCIMENTO, A. C. F. Modelagem Geométrica Tridimensional de Maciços
Rochosos e Feições Estruturais. 2001. 79p. Dissertação de Mestrado.
Departamento de Engenharia Civil, PUC-Rio, Rio de Janeiro, 2001.
NUNES, A. L. L. S. Investigações de Laboratório em Rochas. In: CONGRESSO
BRASILEIRO DE MECÃNICA DOS SOLOS E ENGENHARIA GEOTÉCNICA,
XIII. 2006, Curitiba. Anais... São Paulo: ABMS, 2006.
RAWLINGS, C. G., BARTON, N., SMALLWOOD, A., DAVIES, N. Rock mass
characterization using the ‘Q’ and RMR systems. In: International Congress on
Rock Mechanics, 8th. 1995, Tokyo. Proceedings of the 8th International
Congress on Rock Mechanics. Tokyo: Balkema, 1. 1995. p. 29-31.
ROBERTSON, A. M. Estimating weak rock strength. In: ___ AIME – SME
Annual meeting. Phoenix, AZ, 1988.
RODRIGUES, R. L., NIEBLE, C. M., ALBUQUERQUE, R., BRITO, S. Aplicação
de Mecânica de Rochas a Lavra Subterrânea em Fazenda Brasileiro. In:
CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA DE ENGENHARIA, 6°.
COBRAMSEF, IX. 1990, Salvador. Anais... São Paulo: ABGE, ABMS, 1990. p.
11-20.
Referências Bibliográficas
155
ROJAS, V. E. M. Estabilidade de Taludes de Grande Altura em Minas a Céu
Aberto. 1995. 89p. Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil,
PUC-Rio, Rio de Janeiro, 1995.
ROMANA, M. SMR Classification. In: International Congress on Rock Mechanics,
7th. 1991, Aachen. Proceedings of the 7th International Congress on Rock
Mechanics. Rotterdam: Balkema, 2. 1991. p. 955-968.
SANCIO, R. T., BROWN, I. A classification of weathered foliated rocks for use in
slope stability problems. In: Australia – New Zealand Conference on
Geomechanics. 1980, Wellington. Proceedings of the Australia – New Zealand
Conference on Geomechanics. Wellington: The New Zealand Institution of
Engineers, 2. 1980. p. 81-86.
SANDRONI, S. S., SAYÃO, A. S. F. J. Avaliação Estatística do Coeficiente de
Segurança de Taludes. In: COBRAE, I. 1992. Rio de Janeiro. Anais… São
Paulo: ABMS, 1992. p. 523-536.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
SBC. Estudo Geomecânico da mina de manganês de Morro da Mina. 2001.
13p. Relatório Interno. Rio Doce Manganês, VALE, Conselheiro Lafaiete, 2001.
SBC. Estudo Geomecânico da mina de manganês de Morro da Mina – Parte
II. 2002. 17p. Relatório Interno. Rio Doce Manganês, VALE, Conselheiro
Lafaiete, 2002.
SBC. Descrições Geomecânicas dos Furos da Campanha de 2003. 2004.
10p. Relatório Interno. Rio Doce Manganês, VALE, Conselheiro Lafaiete, 2004.
SBC. Conjunto de Mapas e Seções Geológicas e Geomecânicas. 2005. 12
desenhos .dwg. Rio Doce Manganês, VALE, Conselheiro Lafaiete, 2005.
SCARPELLI, A. G. Classificação Geomecânica Aplicada a Avaliação da
Estabilidade de Taludes em Minas de Ferro do Quadrilátero Ferrífero. 1994.
187p. Dissertação de Mestrado. Escola de Engenharia de São Carlos, USP-São
Carlos, São Carlos, 1994.
SERRA JR., E., OJIMA, L. M. Caracterização e Classificação de Maciços
Rochosos. In: ___ Geologia de Engenharia. 4ª Reimpressão. São Paulo:
ABGE, 2004. p. 211-226.
SJÖBERG, J. Large Scale Stability in Open Pit Mining – A Review. 1996.
215p. Technical Report. Division of Rock Mechanics, Luleå University of
Technology, Luleå, 1996.
TERZAGHI, K. Rock defects and loads on tunnel supports. In: ___ Rock
tunneling withsteel supports. Youngstown, OH: Commercial Shearing and
Stamping Company (R. V. Proctor and T. L. White Eds.), 1. 1946. p. 17-99.
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”.
Faculdade de Ciências Agrônomas. Geoestatística. Botucatu. 2003. Apostila
sobre Geoestatística do Grupo de Estudos e Pesquisas Agrárias
Georeferenciadas, elaborada pela Profa. ZIMBACK, C. R. L. Disponível em:
http://www.fca.unesp.br/intranet/arquivos/Apost.%20Geoestatística.pdf. Acesso
em: 01 de março de 2007. 25p.
Referências Bibliográficas
156
VALE. Rio Doce Manganês – Mina de Morro da Mina. Apresentação Interna.
2006.
VAZ, L. F. Classificação Genética dos Solos e dos Horizontes de Alteração
de Rocha em Regiões Tropicais. Solos e Rochas, 19, Nº 2. p. 117-136. 1996.
WICKHAM, G.E., TIEDEMANN, H.R., SKINNER, E.H. Support determination
based on geologic predictions. In: North American rapid excav. tunneling conf..
1972, Chicago. Proceedings of the North American rapid excav. tunneling
conf.. New York: Soc. Min. Engrs, Am. Inst. Min. Metall. Petrolm Engrs. (K.S.
Lane and L.A. Garfield Eds.). 1972. p. 43-64.
XAVIER, S. R. Estudo Geoestatístico do Subsolo da Usina Nuclear de Angra
2, RJ. 1999. 243p. Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil,
PUC-Rio, Rio de Janeiro, 1999.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
ZEA, R. E., CELESTINO, T. B. Algumas Considerações para o estudo de
mecanismos de ruptura em taludes altos de mineração a céu aberto. In:
SIMPÓSIO BRASILEIRO DE JOVENS GEOTÉCNICOS, I. 2004, São Carlos.
Anais... São Paulo: ABMS, 2004.
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Anexos
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
1
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
2
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
3
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
4
5
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
Locação dos Furos Efetivamente Usados no Trabalho
Nome
Comprimento
UTM E (X)
UTM N (Y)
Cota Z
Ano
FDMM02-01
FDMM02-02
FDMM02-03
FDMM02-04
FDMM02-05
FDMM02-06
FDMM02-07
FDMM02-08
FDMM02-09
FDMM02-10
FDMM02-11
250,0000
195,3500
202,1000
181,0000
251,3300
131,8500
72,5000
125,3500
156,9500
96,7000
172,5000
628172,8700
628148,8600
628253,6200
628420,5200
628306,2800
628087,1200
628352,7300
628351,7400
628401,4300
628299,2900
628481,8600
7717866,3500
7718025,5600
7717890,2300
7717733,6900
7717928,1700
7718058,4600
7717888,6900
7717887,5400
7717850,9000
7717872,3000
7717711,5600
980,3300
934,0500
934,2800
966,0800
943,5900
962,2600
933,5300
933,4000
933,3700
928,6400
964,4900
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2002
2002
FDMM03-02
FDMM03-03
FDMM03-04
FDMM03-05
FDMM03-06
FDMM03-07
FDMM03-08
FDMM03-09
FDMM03-10
FDMM03-11
FDMM03-12
FDMM03-13
FDMM03-14
FDMM03-15
FDMM03-17
FDMM03-18
150,2000
123,6000
214,2000
290,3000
281,1500
261,1500
240,7500
278,5500
318,3000
482,6500
375,7500
132,8000
416,9500
212,0000
158,4000
358,8000
628572,9000
628524,8500
628524,8500
628437,5500
628404,8400
628348,0400
628302,5800
628226,2800
628124,7300
628124,3800
628090,8700
628010,5000
627950,0200
628117,7800
628625,9800
628007,9000
7717677,3200
7717698,1200
7717698,1200
7717673,2300
7717711,9300
7717722,5400
7717746,2600
7717734,2000
7717769,1800
7717769,1600
7717806,7400
7717789,9600
7717796,0500
7718068,2400
7717663,4900
7717787,2100
962,6300
963,4200
963,4200
990,2600
980,9800
985,5000
985,0200
1002,3100
1023,0400
1023,1600
1024,5500
1023,7000
1031,3000
961,9000
962,1300
1023,4800
2003
2003
2003
2003
2003
2003
2003
2003
2003
2003
2003
2003
2003
2003
2003
2003
FDMM05-01
FDMM05-02
FDMM05-03
FDMM05-04
FDMM05-05
FDMM05-06
FDMM05-07
FDMM05-08
FDMM05-12
FDMM05-13
FDMM05-14
FDMM05-17
153,0500
122,8000
125,9500
51,1500
182,5500
145,3000
93,8500
221,9500
173,4000
165,5500
79,4500
156,9500
628112,7700
628584,4600
628494,8200
628191,3400
628425,2500
628412,0400
628311,8900
628299,9400
628466,2000
628465,8800
628623,2400
628165,7200
7717959,8100
7717737,7600
7717725,9100
7717910,2900
7717786,3600
7717840,5600
7717840,7900
7717897,5100
7717785,9100
7717739,3600
7717687,9000
7717927,9000
944,3800
933,2300
958,9000
935,0400
936,0200
933,5300
926,1400
918,7200
935,4300
959,0300
953,2100
934,8200
2005
2005
2005
2005
2005
2005
2005
2005
2005
2005
2005
2005
Total =
39
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
DESCRIÇÃO GEOTÉCNICA
DE SONDAGEM
Sérgio Brito Consultoria Ltda.
Prof. (m)
De
Até
0,00
0,55
0,55
0,65
0,65
1,00
1,00
6,25
6,25
7,55
7,55
11,90
11,90
23,10
23,10
26,75
26,75
27,05
27,05
29,70
29,70
30,05
30,05
38,30
38,30
54,40
54,40
58,70
58,70
58,80
58,80
60,60
60,60
66,00
66,00
66,85
66,85
70,95
70,95
71,45
71,45
72,00
72,00
81,60
81,60
81,93
81,93
82,40
82,40
89,25
89,25
92,85
92,85
93,60
93,60
97,20
97,20
103,25
103,25
105,25
105,25
108,75
108,75
108,90
108,90
112,55
112,55
132,10
132,10
132,40
132,40
134,70
134,70
153,05
Espess.
(m)
0,55
0,10
0,35
5,25
1,30
4,35
11,20
3,65
0,30
2,65
0,35
8,25
16,10
4,30
0,10
1,80
5,40
0,85
4,10
0,50
0,55
9,60
0,33
0,47
6,85
3,60
0,75
3,60
6,05
2,00
3,50
0,15
3,65
19,55
0,30
2,30
18,35
Litologia
QB
QZ
SL
SC
SC
SC
SC
SC
VR
SC
VR
SC
SC
SC
VR
SC
SC
GR
SC
GR
SC
SC
QB
QZ
SC
QB
QZ
QB
SC
SC
SC
VR
SC
SC
SC
QB
QB
Descont.
Principal Resistência RQD (%)
5
72
5
72
5
72
5
72
5
72
5
95
5
87
5
95
5
95
5
95
5
95
5
95
5
98
5
88
5
88
5
88
5
89
5
89
5
89
5
89
5
89
5
95
5
95
5
95
5
95
5
94
5
94
5
94
5
88
5
88
5
88
5
88
5
88
5
97
5
73
5
73
5
98
Jn
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
1,0
6,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
0,5
4,0
4,0
4,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
6,0
6,0
6,0
6,0
6,0
1,0
6,0
6,0
3,0
Jr
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,0
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
FDMM05-01
Ja
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
PARÂMETROS DE COLETA
Jw
SRF
Q
Inc. Fol.(*)
1,0
1,0
9,000
1,0
1,0
9,000
1,0
1,0
9,000
1,0
1,0
9,000
1,0
1,0
9,000
1,0
1,0
71,250
1,0
1,0
10,826
1,0
1,0
23,750
1,0
1,0
23,750
1,0
1,0
23,750
1,0
1,0
15,833
1,0
1,0
23,750
1,0
1,0
147,000
1,0
1,0
16,500
1,0
1,0
16,500
1,0
1,0
16,500
1,0
1,0
22,250
1,0
1,0
22,250
1,0
1,0
22,250
1,0
1,0
22,250
1,0
1,0
22,250
1,0
1,0
142,500
1,0
1,0
142,500
1,0
1,0
142,500
1,0
1,0
142,500
1,0
1,0
141,667
1,0
1,0
141,000
1,0
1,0
141,000
1,0
1,0
11,000
1,0
1,0
11,000
1,0
1,0
11,000
1,0
1,0
11,000
1,0
1,0
11,000
1,0
1,0
73,082
1,0
1,0
9,125
1,0
1,0
9,125
1,0
1,0
24,500
<10cm
1,5
0,2
0,5
CLASSE
III
III
III
III
III
I
II
II
II
II
II
II
I
II
II
II
II
II
II
II
II
I
I
I
I
I
I
I
II
II
II
II
II
I
III
III
II
RMR
64
64
64
64
64
82
65
73
73
73
69
73
89
69
69
69
72
72
72
72
72
89
89
89
89
89
89
89
66
66
66
66
66
83
64
64
73
CLASSE
II
II
II
II
II
I
II
II
II
II
II
II
I
II
II
II
II
II
II
II
II
I
I
I
I
I
I
I
II
II
II
II
II
I
II
II
II
OBSERVAÇÕES
De 89,25 a 97,20: mesmo intervalo geomecânico
6
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
7
Mapa Geomecânico da Mina de Morro da Mina (SBC, 2005).
PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0521504/CA
“Observaste o homem que é destro na sua obra?
É perante reis que ele se postará; não se postará
diante de homens comuns”, pois “dá ao sábio e ele
se tornará ainda mais sábio. Transmite conhecimento a
alguém justo e ele aumentará em erudição” (Pr 22:29; 9:9).
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo